JP7784701B2 - レーザーハンダ付け装置における放射温度計の校正システム及び校正方法並びに校正用温度計の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザーハンダ付け装置における放射温度計の校正システム及び校正方法並びに校正用温度計の製造方法に関するものである。

レーザー光を使用して電子部品等をプリント基板にハンダ付けするレーザーハンダ付け装置においては、溶融したハンダの温度を放射温度計で測定し、その温度情報をフィードバックしてレーザー光の出力を調整するようにしている。そのため、放射温度計で測定したハンダの温度がレーザー光の出力に直結し、ハンダ付けの精度に大きな影響を及ぼすことになる。そこで、前記放射温度計は、その測定精度を管理し、定期的に校正することによって測定精度を常に一定に維持することが重要である。

前記放射温度計の校正は、通常、例えば特許文献１に記載されているように、黒体炉を用いて行われる。このように黒体炉を使用する場合には、校正時に該黒体炉をはんだ付け装置の適宜位置に設置する必要があるが、その設置場所の選定及び設置は容易ではなく、しかも、設置後に該黒体炉を必要な温度まで昇温させるのに３０分以上の時間を要するなどの問題がある。このため、ハンダ付け工程の途中に放射温度計の校正を行う必要が生じた場合には、ハンダ付けを長時間中断しなければならず、生産効率の低下を来すことになる。

特開２０１５－８１８１６号公報

本発明の技術的課題は、黒体炉を使用することなく放射温度計の校正を短時間で手軽に行うことをできるようにすることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、ハンダ付け部位にレーザー光を照射する照射ヘッドと、前記ハンダ付け部位に供給されて加熱により溶融したハンダから放射される赤外光を受光することにより該ハンダの温度を測定する放射温度計と、装置全体を制御するコントローラとを有するレーザーハンダ付け装置において、前記放射温度計を校正するための校正システムであって、前記校正システムは、前記照射ヘッド及び前記放射温度計と、前記レーザーハンダ付け装置に設置された校正用温度計と、校正用プログラムが入力された前記コントローラとにより構成され、前記校正用温度計は、ボディと、該ボディの上面に形成された測定室と、該測定室内に収容された温度測定対象である測温用ハンダと、該測温用ハンダに接続されることにより該測温用ハンダの温度を直接測定する温度センサーとを有し、前記温度センサーは、２本の異種金属線を相互に接続して接続点を温度測定のための測温部とした熱電対からなっていて、前記測温部に前記測温用ハンダが接合されており、前記測定室には、前記測温用ハンダの大気との接触による酸化を防止するための透明で耐熱性を有する酸化防止ガラスが該測温用ハンダを覆うように取り付けられていて、前記レーザーハンダ付け装置の前記照射ヘッドから出力されるレーザー光が前記酸化防止ガラスを通じて前記測温用ハンダに照射されるようになっており、該酸化防止ガラスの下面に前記測温用ハンダが隙間なく密に接着されていることを特徴とするものである。

本発明において、前記測定室内には、前記測温用ハンダを載置する仕切板が設けられており、前記酸化防止ガラスの下面と前記仕切板の上面とは、前記測温用ハンダに対して濡れ性を有しない素材で形成されている。
また、前記仕切板における前記測温用ハンダが載置された部位には、孔部が形成されており、前記温度センサーの前記測温部は、前記孔部を通して前記測温用ハンダの底面に接着されている。

本発明において、前記測温用ハンダは、前記ガラス板に超音波ハンダ付けによって接着されている。
また、前記校正用温度計は、前記レーザーハンダ付け装置の、前記ハンダ付け部位が配置されたハンダ付け領域の近傍に設置されている。

また、本発明によれば、前記校正システムにより前記放射温度計を校正する方法であって、前記照射ヘッドからレ－ザー光を前記校正用温度計の前記測温用ハンダに照射することにより該測温用ハンダを溶融させ、溶融した前記測温用ハンダの温度を前記温度センサーにより測定して測定値を前記コントローラに入力すると共に、前記測温用ハンダから放射される赤外光を前記放射温度計で受光することにより、該放射温度計で前記測温用ハンダの温度を測定して測定値を前記コントローラに入力し、該コントローラにおいて、前記温度センサーによる測定値と前記放射温度計による測定値との差に応じた放射率オフセット量を算出し、算出した放射率オフセット量に基づいて前記放射温度計の放射率をオフセットすることを特徴とする放射温度計の校正方法が提供される。

本発明によれば、前記校正用温度計を使用することにより、放射温度計の校正を、黒体炉を使用することなく、非常に簡単にしかも短時間（２０－３０秒程度）で行うことができる。しかも、前記校正用温度計は、レーザーハンダ付け装置の適宜場所、例えばハンダ付けエリアの近傍等に常時設置しておくことができるので、その設置が簡単である。また、校正持に前記校正用温度計に照射するレーザー光の出力は数Ｗ程度の低出力で良いため、消費電力が少なく、経済的である。

本発明に係る校正用温度計を備えたハンダ付けロボットの正面図である。 図１の平面図である。 本発明に係る校正用温度計の斜視図である。 図３の中央縦断面図である。 放射温度計の校正システムの構成図である。 放射温度計の校正方法に関するフローチャートである。

以下、本発明に係る校正用温度計の一実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１及び図２には、本発明に係る放射温度計の校正システムを備えたレーザーハンダ付け装置の一例が示されている。このハンダ付け装置１は、ガントリータイプのハンダ付けロボットであって、盤状をしたベース２と、該ベース２から立ち上がった左右の支柱３，３と、該左右の支柱３及び３の上端にそれぞれ装置の前後方向（Ｙ方向）に延在するように配設された第１ガイド４ａと、左右の第１ガイド４ａ，４ａ間に掛け渡されて該第１ガイド４ａに沿って前後方向に変位自在の第２ガイド４ｂと、該第２ガイド４ｂに沿って左右方向（Ｘ方向に）変位自在のスライド部材５と、該スライド部材５に支持された照射ヘッド６と、該照射ヘッド６又は前記スライド部材５に支持された放射温度計７と、ハンダ付けするプリント基板９を載置するためのテーブル８と、ハンダ付け装置１全体を制御するコントローラ１０とを有している。前記照射ヘッド６は、光ファイバー１１を通じてレーザー発振器１２に接続され、該レーザー発振器１２及び前記放射温度計７は、それぞれ電気ケーブル１２ａ及び７ａを通じて前記コントローラ１０に接続されている。

前記ハンダ付け装置１により、前記テーブル８上のハンダ付けエリア８ａに置かれたハンダ付け対象、即ち、プリント基板９と電子部品１３とをハンダ付けするときは、前記照射ヘッド６からレーザー光Ｌをハンダ付け部位に向けて照射し、不図示のはんだ供給ノズルから供給されたハンダを溶融させてハンダ付けを行う。その際、ハンダ付け部位の温度、即ち、溶融したハンダの温度が、前記放射温度計７により測定され、その測定結果が前記コントローラ１０にフィードバックされ、その測定結果に応じて前記レーザー発振器１２が制御されることにより、前記照射ヘッド６から照射されるレ－ザー光Ｌの出力が調整される。前記放射温度計７の放射率は、ハンダの主成分である錫に設定されている。

前記放射温度計７は、その測定精度がハンダ付けの精度に重大な影響を及ぼすため、定期的に校正を行うことにより、その精度を一定に維持する必要がある。このため、前記ハンダ付け装置１には、前記放射温度計７の校正を行う際に使用する校正用温度計１５が、前記テーブル８におけるハンダ付けエリア８ａの近傍に設置されている。

前記校正用温度計１５は、図３及び図４に示すように、四角いブロック形をしたボディ１６を有している。このボディ１６は、ファイン・セラミックス等の耐熱性及び非導電性を有する非金属無機素材で形成することができる。

前記ボディ１６の上面には、四角い窪みからなる測定室１７が形成され、該測定室１７の内部に、薄肉で幅狭の仕切板１８が、左右の室壁間に掛け渡された状態に取り付けられ、該仕切板１８の下面に温度センサー１９が取り付けられると共に、該仕切板１８の上面に、前記温度センサー１９による温度測定の対象となる測温用ハンダ２０が配置されている。しかし、前記仕切板１８は、前記測定室１７の室幅と同程度の板幅を有していて、該測定室１７を完全に上下に仕切るものであっても構わない。

前記温度センサー１９は、２本の異種金属線１９ａ，１９ｂを相互に接続し、その接続点を温度測定のための測温部１９ｃとした熱電対からなるもので、前記測温部１９ｃは、前記仕切板１８に形成した孔１８ａから該仕切板１８の上面側に露出し、この測温部１９ｃに前記測温用ハンダ２０が、ハンダ付けの方法により接着されている。図中の符号２１で示す部材は、前記温度センサー１９に接続されたリード線１９ｄをコントローラ１０（図２参照）に接続するための接続器である。
前記仕切板１８は、ハンダに対する濡れ性を有さない素材で形成されているため、放射温度計７（図２参照）の校正時に、前記測温用ハンダ２０がレーザー光で加熱されて溶融しても、溶融した測温用ハンダが該仕切板１８上を濡れ広がることはない。

前記測定室１７の上部の開口部１７ａには、前記測温用ハンダ２０の大気との接触による酸化を防止するための透明で耐熱性を有する酸化防止ガラス２３が、該測温用ハンダ２０を覆うように取り付けられ、該酸化防止ガラス２３の下面に前記測温用ハンダ２０が、超音波ハンダ付けによる方法で、該酸化防止ガラス２３との間に隙間が介在しないように密に接着されている。前記酸化防止ガラス２３の表面はハンダに対する濡れ性を有さないため、放射温度計７の校正時に、前記測温用ハンダ２０がレーザー光で加熱されて溶融しても、該測温用ハンダ２０が酸化防止ガラス２３の下面に沿って濡れ広がることはない。
なお、前記酸化防止ガラス２３は、前記測定室１７を大気から遮断するように前記開口部１７ａに気密に取り付けられていても良い。

前記校正用温度計１５を使用して放射温度計７の校正を行うときは、図１及び図２において、前記照射ヘッド６及び放射温度計７が、同図に示すハンダ付け位置から、前記校正用温度計１５が配置された位置（校正位置）に移動する。これにより、図５に示す放射温度計用の校正システム２５が構成される。この校正システム２５は、前記照射ヘッド６及び放射温度計７と、前記校正用温度計１５と、校正用のプログラムが入力された前記コントローラ１０とで構成される。

前記校正システム２５による放射温度計７の校正は、例えばハンダ付け作業の開始前等に、以下のようにして行われる。その校正方法を図５及び図６を参照しながら説明する。
図６において、ステップＳ１で校正が開始されると、ステップＳ２において、前記照射ヘッド６からレーザー光Ｌが前記校正用温度計１５の前記測温用ハンダ２０に酸化防止ガラス２３を通して照射される。このときの前記レーザー光Ｌの強度（出力）は、例えば数Ｗ程度の低出力に設定されている。

続いて、前記レーザー光Ｌの照射で前記測温用ハンダ２０が加熱されて溶融する（ステップＳ３）と、溶融した測温用ハンダ２０の温度が、該測温用ハンダ２０に測温部１９ｃが接続された前記温度センサー１９により直接測定され（ステップＳ４）、その測定値Ｔ１（第１測定値）が前記コントローラ１０に入力される。それと同時に、前記測温用ハンダ２０の温度は、該測温用ハンダ２０から放射される赤外光が前記酸化防止ガラス２３を通して放射温度計７で受光されることにより、該放射温度計７によっても測定され（ステップＳ５）、その測定値Ｔ２（第２測定値）が前記コントローラ１０に入力される。これらの第１測定値Ｔ１及び第２測定値Ｔ２は、前記コントローラ１０に設けるか又は該コントローラ１０とは別の位置に設けた表示部（不図示）に表示することにより、作業者がそれを確認することができるようになっていることが望ましい。

なお、前記測温用ハンダ２０は、レーザー光Ｌで加熱されて溶融しても、前記仕切板１８の表面及び酸化防止ガラス２３の表面がハンダに対する濡れ性を持たないため、これら仕切板１８及び酸化防止ガラス２３の表面に沿って濡れ広がることはなく、溶融前の位置に止まったままである。

次に、ステップＳ６においてレーザー光の照射が停止されたあと、ステップＳ７において、前記温度センサー１９による第１測定値Ｔ１と放射温度計７による第２測定値Ｔ２とが前記コントローラ１０において比較され、第２測定値Ｔ２が第１測定値Ｔ１より小さい場合に、両者の差(測定温度差)に応じた放射率オフセット量が算出され（ステップＳ８）、そのあと、ステップＳ９において、算出された放射率オフセット量に応じて放射温度計７の放射率が自動的にオフセットされる。即ち、前記放射温度計７の放射率が、該放射温度計７による第２測定値Ｔ２が前記温度センサー１９による第１測定値Ｔ１に等しくなるような放射率に書き換えられ、それによって該放射温度計７の校正が終了する。
前記温度センサー１９による第１測定値Ｔ１と放射温度計７による第２測定値Ｔ２との間に差がない場合には、前記放射温度計７の放射率は書き換えられずに校正は終了する。
前記放射温度計７の校正が終了すると、前記照射ヘッド６及び放射温度計７は、図１及び図２に示すハンダ付け位置に復帰し、ハンダ付け作業が開始される。

ここで、前記ステップＳ７において、放射温度計７による第２測定値Ｔ２が前記温度センサー１９による第１測定値定置Ｔ１より一定値以上小さい場合には、前記放射温度計７の前面に装着した保護ガラスがハンダ付け時のヒュームやフラックス等の付着で汚れていることが想定されるため、校正工程を一旦中断し、前記保護ガラスを拭くことによって汚れを除去し、その後に、前記ステップＳ２から校正工程を再開するようにすることもできる。

このように、放射温度計７の校正を前記校正用温度計１５を使用して行うことにより、その校正を、黒体炉を使用する場合に比べて非常に短時間（２０－３０秒程度）で手軽に校正を行うことができる。このため、ハンダ付け工程中であっても、プリント基板９の交換中や、１つのバッチ処理が終わって次のバッチ処理に移行する間などに、ハンダ付け作業を中断することなく放射温度計７の校正を行うことが可能である。しかも、前記校正用温度計１５は、ハンダ付け時に前記プリント基板９が配置されるハンダ付けエリア８ａの近くに常時設置しておくことができるので、黒体炉を使用する場合よりもその設置が容易である。

また、前記温度センサー１９による第１測定値Ｔ１と放射温度計７による第２測定値Ｔ２とに差があることを知ることにより、放射温度計７に発生した異常や、この放射温度計７の前面にヒュームやフラックス等の付着を防止するために取り付けられている保護ガラスの汚れ等を知ることができるため、メンテナンス性が向上する。
さらに、前記校正用温度計１５に照射するレーザー光Ｌの出力は、数Ｗ程度の低出力で良いため、消費電力が少なく、経済的である。

１ ハンダ付け装置
６ 照射ヘッド
７ 放射温度計
８ａ ハンダ付けエリア
１５ 校正用温度計
１６ ボディ
１８ 仕切板
１８ａ 孔（孔部）
１９ 温度センサー
１９ａ，１９ｂ 金属線
１９ｃ 測温部
２０ 測温用ハンダ
２３ 酸化防止ガラス
２５ 校正システム

Claims (6)

1. ハンダ付け部位にレーザー光を照射する照射ヘッドと、前記ハンダ付け部位に供給されて加熱により溶融したハンダから放射される赤外光を受光することにより該ハンダの温度を測定する放射温度計と、装置全体を制御するコントローラとを有するレーザーハンダ付け装置において、前記放射温度計を校正するための校正システムであって、
   前記校正システムは、前記照射ヘッド及び前記放射温度計と、前記レーザーハンダ付け装置に設置された校正用温度計と、校正用プログラムが入力された前記コントローラとにより構成され、
   前記校正用温度計は、ボディと、該ボディの上面に形成された測定室と、該測定室内に収容された温度測定対象である測温用ハンダと、該測温用ハンダに接続されることにより該測温用ハンダの温度を直接測定する温度センサーとを有し、
   前記温度センサーは、２本の異種金属線を相互に接続して接続点を温度測定のための測温部とした熱電対からなっていて、前記測温部に前記測温用ハンダが接合されており、
   前記測定室には、前記測温用ハンダの大気との接触による酸化を防止するための透明で耐熱性を有する酸化防止ガラスが該測温用ハンダを覆うように取り付けられていて、
   前記レーザーハンダ付け装置の前記照射ヘッドから出力されるレーザー光が前記酸化防止ガラスを通じて前記測温用ハンダに照射されるようになっており、
   該酸化防止ガラスの下面に前記測温用ハンダが隙間なく密に接着されている、
   ことを特徴とするレーザーハンダ付け装置における放射温度計の校正システム。
2. 前記測定室内には、前記測温用ハンダを載置する仕切板が設けられており、
   前記酸化防止ガラスの下面と前記仕切板の上面とは、前記測温用ハンダに対して濡れ性を有しない素材で形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の校正システム。
3. 前記仕切板における前記測温用ハンダが載置された部位には、孔部が形成されており、
   前記温度センサーの前記測温部は、前記孔部を通して前記測温用ハンダの底面に接着されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の校正システム。
4. 請求項１から３の何れかに記載の校正システムにおける前記校正用温度計の製造方法であって、
   前記測温用ハンダは、前記酸化防止ガラスに超音波ハンダ付けによって接着されていることを特徴とする校正用温度計の製造方法。
5. 前記校正用温度計は、前記レーザーハンダ付け装置の、前記ハンダ付け部位が配置されたハンダ付け領域の近傍に設置されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の校正システム。
6. 請求項１、２、３、５の何れかに記載の校正システムにより前記放射温度計を校正する方法であって、前記照射ヘッドからレ－ザー光を前記校正用温度計の前記測温用ハンダに照射することにより該測温用ハンダを溶融させ、溶融した前記測温用ハンダの温度を前記温度センサーにより測定して測定値を前記コントローラに入力すると共に、前記測温用ハンダから放射される赤外光を前記放射温度計で受光することにより、該放射温度計で前記測温用ハンダの温度を測定して測定値を前記コントローラに入力し、該コントローラにおいて、前記温度センサーによる測定値と前記放射温度計による測定値との差に応じた放射率オフセット量を算出し、算出した放射率オフセット量に基づいて前記放射温度計の放射率をオフセットすることを特徴とする放射温度計の校正方法。