半田溶融検出装置及び半田溶融検出方法
【課題】半田の溶融状態を適切に判別し、半田付け作業を最良の状態で行う。
【解決手段】基板８または半田ごて７ａを載置した可動部１ａを有する移送部１を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、基板と半田ごてが接触して移送部を停止した直後からの可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップとを有する。
【解決手段】基板８または半田ごて７ａを載置した可動部１ａを有する移送部１を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、基板と半田ごてが接触して移送部を停止した直後からの可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、基板または半田ごてを載置した可動部を有するアクチュエータを移送させて、基板と半田ごてを接触させることにより半田付けを行う際の半田の溶融状態を検出する半田溶融検出装置及び半田溶融検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ロボットにおいても知能化の研究が進み、精密組立てや嵌め合い作業など、従来人手に頼らざるを得なかった作業もロボットで行えるようになってきた。これらを実現する要素技術としてはビジョンやアクチュエータの柔軟制御、力センサ（力覚）を用いた制御技術がある。
【０００３】
一例として、基板組立て作業の自動化として自動半田付け装置などがあるが、半田付け作業を最良の状態で行うためには、半田の溶融状態を観察し、半田の温度、供給量などを最適に制御する必要がある。
【０００４】
従来では、半田の熱的変化をカメラで撮影したり（例えば、特許文献１，２参照）、半田面からの反射光変化を捉えて半田付けプロセスを制御する方法などが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０７６０１号公報
【特許文献２】特開２００５−０８５７０８号公報
【特許文献３】特開平０７−００７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に開示される半田の熱的変化をカメラで撮影し、半田の溶融状態をモニターする方法では、半田付け作業中は半田ごてで半田溶融部が隠れて見えにくいため、正確な温度が測れず、半田の溶融状態を正しく判別することができないという課題がある。
【０００７】
また、特許文献３に開示される半田面からの反射光変化を捉える方法では、半田表面の反射率の影響を受けやすく半田の溶融開始の状態を正しく判別することができないという課題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる半田溶融検出装置及び半田溶融検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る半田溶融検出方法は、基板または半田ごてを載置した可動部を有する移送部を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、基板と半田ごてが接触して移送部を停止した直後からの可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように構成したので、基板と半田ごてが接触することにより生じる接触力の変化量を推定して半田の溶融状態を検出することにより、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における外力推定部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半田溶融検出装置による半田溶融検出処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１におけるアクチュエータ可動部に加わる接触力の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置の構成を示す図である。
半田溶融検出装置は、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触することによりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定して、半田の溶融状態を判定するものである。この半田溶融検出装置は、図１に示すように、アクチュエータ（移送部）１、位置センサ２、第１比較器３、位相補償回路４、定電流ドライバ５、外力推定部６、半田固定部７及び溶融判定部９から構成される。
なお、アクチュエータ可動部１ａに加えられる外力には、基板８が半田ごて７ａと接触することにより生じる接触力の他に、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力及びアクチュエータ１の移動加速度により生じる力が含まれている。
【００１３】
アクチュエータ１は、基板８を載置するためのアクチュエータ可動部１ａを有し、図４に示すスカラーロボット（移送部）１０により上下に移送されることにより、基板８を半田固定部７の半田ごて７ａに接触させて半田付けを行うものである。また、基板８が半田ごて７ａに接触した際にアクチュエータ可動部１ａも接触力を受け、アクチュエータ１は、入力電圧に比例した電流を発生する定電流ドライバ５からの電流がボイスコイルモータに流れることにより駆動力を発生してアクチュエータ可動部１ａを上下方向に移送する。なお、アクチュエータ可動部１ａは半田付け作業に最適なコンプライアンス値に設定されるように位置センサ２の出力が目標位置と一致するように位置決め制御が行われた状態で移送される。
また、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８には予め予備半田８ａが付けられている。
【００１４】
位置センサ２は、アクチュエータ可動部１ａの位置を検出するものである。この位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置を示す位置信号は、第１比較器３及び外力推定部６に供給される。
【００１５】
第１比較器３は、予め設定された目標位置から、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置を差し引くことにより差分値を算出するものである。この第１比較器３により算出された差分値を示す差分信号は位相補償回路４に供給される。
【００１６】
位相補償回路４は、第１比較器３により算出された差分値に基づいて、定電流ドライバ５の電流値を制御するものである。この位相補償回路４による制御信号を定電流ドライバ５を通してアクチュエータ１に供給することにより位置センサ２出力が目標位置と一致するように位置決め制御が行われる。
【００１７】
外力推定部６は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置及び定電流ドライバ５に入力する電圧に基づいて、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定するものである。
【００１８】
また、外力推定部６は、基板８が半田ごて７ａと接触した後にアクチュエータ１全体の移送を停止させたことを示す第２のモード信号を受信した後は、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送を停止した直後の外力を基準値とした接触力の変化量を推定する。この外力推定部６により推定された接触力の変化量を示す信号は溶融判定部９に供給される。
【００１９】
半田固定部７は、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８に対して半田付けを行うものであり、アクチュエータ１の上部に固定して設けられ、半田ごて７ａ及び半田を供給する半田供給部７ｂを有している。この半田ごて７ａの先端部に、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が接触することにより、基板８の予備半田８ａを溶融させて、半田供給部７ｂから半田を供給して半田付けを行う。
【００２０】
溶融判定部９は、外力推定部６により推定された接触力の変化量と、予め設定した溶融判定閾値とを比較し、接触力の変化量が溶融判定閾値以上であった場合に、半田が溶融状態であると判断し、半田固定部７の半田ごて７ａの温度または半田供給部７ｂの供給等の制御を行うものである。
【００２１】
次に、外力推定部６の構成について説明する。図２はこの発明の実施の形態１における外力推定部６の構成を示す図である。
外力推定部６は、図２に示すように、第１〜３演算部１１〜１３、第１，２ＬＰＦ（Low Pass Filter）１４，１５、サンプルホールド回路１６及び第２〜４比較器１７〜１９から構成される。
なお、外力推定部６は、ノイズの影響を受け難くするために、従来の外乱オブザーバのように純粋微分系を含まない形で構成されるものであるが、実施の形態１における外力推定部６では、原理説明のため簡略化して説明を行う。
【００２２】
第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに、定電流ドライバ５の入力電圧と出力電流の比であるＫｉと、トルク定数Ｋｔを乗算するものである。この第１演算部１１により算出された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４及び第３比較器１８に供給される。
この第１演算部１１により定電流ドライバ５から供給される電流によりアクチュエータ１が発生する駆動力が推定される。
【００２３】
第２演算部１２は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒにラプラス演算子ｓを乗算するものであり、出力はアクチュエータ可動部１ａの速度となる。この第２演算部１２により算出された値を示す信号は第３演算部１３に供給される。
第３演算部１３は、第２演算部１２により算出されたアクチュエータ可動部１ａの速度の値に質量Ｍとラプラス演算子ｓを乗算するものであり、その出力はアクチュエータ１が発生する駆動力から、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値を差し引いた推定値となる。この第３演算部１３により算出された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５及び第３比較器１８に供給される。
【００２４】
第１ＬＰＦ１４は、第１演算部１１から供給された信号から高域ノイズを除去するための低域ゲインが０ｄＢのフィルタである。この第１ＬＰＦ１４により高域ノイズが除去された信号は第２比較器１７に供給される。
第２ＬＰＦ１５は、第３演算部１３から供給された信号から高域ノイズを除去するための低域ゲインが０ｄＢのフィルタである。この第２ＬＰＦ１５により高域ノイズが除去された信号は第２比較器１７に供給される。
【００２５】
第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くものである。この第２比較器１７により算出された値を示す信号はサンプルホールド回路１６に供給される。
【００２６】
ここで第３演算部１３の出力は前記の通りアクチュエータ１が電流により発生する駆動力から、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度及びアクチュエータ可動部１ａの移動加速度により受ける力の加算値を差し引いた推定値であり、また第１演算部１１の出力は電流によりアクチュエータ１が発生する駆動力の推定値である。そのため、第２比較器１７において第１演算部１１の出力に第１ＬＰＦ１４を介した出力から、第３演算部１３の出力に第２ＬＰＦ１５を介した出力を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値がノイズが除去された状態で推定される。
【００２７】
サンプルホールド回路１６は、位置センサの出力と目標位置が等しくなるように位置決め制御が行われていて、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていないことを示す第１のモード信号を受信した場合に、第２比較器１７により算出された値を記憶し保持するものである。このサンプルホールド回路１６に保持された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００２８】
前記の通り第２比較器１７ではアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値がノイズが除去された状態で推定されるが、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力が零であり、また、アクチュエータ可動部１ａが静止した状態では移動加速度により受ける力も零であるため、このサンプルホールド回路１６によりアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度による力が保持される。
【００２９】
また、サンプルホールド回路１６は、基板８が半田ごて７ａに接触した状態でアクチュエータ１全体の移送が停止したことを示す第２のモード信号を受信した場合に、第２比較器１７により算出された値を記憶し保持する。このサンプルホールド回路１６に保持された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
これによりサンプルホールド回路１６では基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送が停止した直後にアクチュエータ可動部１ａに加わる外力が保持される。
【００３０】
第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くものである。この第３比較器１８により算出された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００３１】
第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値からサンプルホールド回路１６により保持された値を差し引くものである。
従って、第４比較器１９によりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる移動加速度により受ける力の加算値が推定されるが、サンプルホールド回路１６が第１のモード信号を受信した後では、アクチュエータ可動部１ａが停止もしくは一定速度で移動しているため接触力が推定される。
また、サンプルホールド回路１６が第２のモード信号を受信した後では、第４比較器１９によりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量が推定される。
【００３２】
なお、外力推定部６の各演算部１１〜１３に用いられるパラメータである、電圧電流変換係数Ｋｉ、トルク定数Ｋｔ、アクチュエータ可動部１ａの質量Ｍは、アクチュエータ１の物理パラメータと同一の値に設定される。
【００３３】
次に、上記のように構成される半田溶融検出装置による半田溶融検出処理について説明する。図３はこの発明の実施の形態１における半田溶融検出装置による半田溶融検出処理を示すフローチャートである。
まず、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触するまでの外力推定部６による接触力の推定動作について説明する。
アクチュエータ可動部１ａに加えられる外力には、基板８が半田ごて７ａと接触することにより生じる接触力の他に、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力及びアクチュエータ１の移動加速度により生じる力が含まれている。
【００３４】
そのため、図３に示すように、まず、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態でアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することで、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定する（ステップＳＴ３１）。
【００３５】
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４を介して第２比較器１７に供給される。
ここで、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止している場合には、アクチュエータ可動部１ａには重力加速度により生じる力のみが加わっているため、駆動力はその反力となる。
【００３６】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を差し引いた値を推定する。ここで、基板８が半田ごて７ａに接触する前にアクチュエータ可動部１ａを停止し、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において第２演算部１２及び第３演算部１３を介して算出された値は、接触力及び移動加速度により生じる力の影響はないため、駆動力から重力加速度により生じる力のみを差し引いた値となる。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５を介して第２比較器１７に供給される。
【００３７】
次いで、第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定する。この第２比較器１７により推定された重力加速度により生じる力はサンプルホールド回路１６に記憶され保持される。
このように、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において、外力推定部６によりアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することで、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定することができる。
【００３８】
次いで、アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させて外力を推定することによってアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定する（ステップＳＴ３２）。
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００３９】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を差し引いた値を推定する。ここで、アクチュエータ可動部１ａを緩やかに一定速度で移送させている状態において第２演算部１２及び第３演算部１３を介して算出された値は、移動加速度により生じる力の影響はないため、駆動力から重力加速度により生じる力及び接触力を差し引いた値となる。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００４０】
次いで、第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力と接触力とを加算した値を推定する。この第３比較器１８により推定された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００４１】
次いで、第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値から、サンプルホールド回路１６に保持された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定する。
このように、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において、まずアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定した後に、アクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させて推定した外力から重力加速度により生じる力を差し引くことによって、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定することができる。
【００４２】
次に、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触した後の、外力推定部６による接触力の変化量の推定動作について説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化を示すタイムチャートである。
アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体をスカラーロボット１０により緩やかに一定速度で上方向に移送させている状態において、基板８が半田ごて７ａに接触する前では、図４（ａ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力は零である。
【００４３】
その後、基板８の予備半田８ａが半田ごて７ａに接触すると、図４（ｂ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａに接触力が加わる。次いで、さらにスカラーロボット１０によりアクチュエータ１全体を上方向に移送すると、アクチュエータ可動部１ａは半田ごて７ａより移動を制限されているためアクチュエータ１に対するアクチュエータ可動部１ａの相対位置が変化し、設定されているコンプライアンス値に応じて接触力は増大する。次いで、アクチュエータ可動部１ａに加えられる接触力が半田付け作業に最適な値になった状態でアクチュエータ１全体の移送を停止させると、図４（ｃ）に示すように、接触力は一定になる。
【００４４】
その後、アクチュエータ１全体を停止させて基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させた状態のままに維持すると、基板８の予備半田８ａが溶融し始める。これにより、図４（ｄ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａは予備半田８ａが溶融した分だけ上方向に移動し接触力が減少する。つまり、基板８の予備半田８ａの溶融状態に応じた接触力の変化が生じることになる。そこで、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体を停止させた直後からのアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を外力推定部６によって推定することによって、半田の溶融状態を検出する。
【００４５】
まず、アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させ基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させる。
そして、最適な接触力になった状態でアクチュエータ１全体を停止させ、その直後のアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することにより基準となる外力を推定する（ステップＳＴ３３）。
【００４６】
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４を介して第２比較器１７に供給される。
【００４７】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を差し引いた値を推定する。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５を介して第２比較器１７に供給される。
【００４８】
次いで、第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を推定する。この第２比較器１７により推定された外力はサンプルホールド回路１６に記憶され保持される。
このようにして、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送を停止した直後のアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定する。
【００４９】
次いで、アクチュエータ１全体の移送を停止させた状態のまま、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を推定する（ステップＳＴ３４）。
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００５０】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１の駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を差し引いた値を推定する。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００５１】
次いで、第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を推定する。この第３比較器１８により推定された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００５２】
次いで、第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値から、サンプルホールド回路１６により保持された値を差し引くことにより、現在のアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力と、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体を停止した直後の接触力との変化量を推定する。この第４比較器１９により推定された接触力の変化量を示す変化量信号は溶融判定部９に供給される。
【００５３】
次いで、溶融判定部９では、第４比較器１９により推定された接触力の変化量と、予め設定されている溶融判定閾値とを比較して、半田の溶融状態を検出する（ステップＳＴ３５）。
このステップＳＴ３５において、溶融判定部９は、この接触力の変化量が溶融判定閾値以上であると判定した場合には、半田が溶融状態であると判定して、半田ごて７ａの温度または半田供給部７ｂによる半田供給量等の制御を行う。
【００５４】
なお、このステップＳＴ３３，３４はこの発明の変化量推定ステップに対応し、ステップＳＴ３５はこの発明の溶融状態検出ステップに対応する。
【００５５】
以上により、この発明の実施の形態１によれば、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させて半田付け作業を行う際に、基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させアクチュエータ１全体を停止させた直後からのアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を推定して半田の溶融状態を検出するように構成したので、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる。
【００５６】
また、従来のカメラにより半田の溶融状態を検出する方法とは異なり、半田付け作業中においても半田の溶融状態を容易に検出することができるため、この半田付け作業中における溶融不良を検出して即座に修正を行うことができる。
【００５７】
また、従来の方法では、半田ごてを一定時間基板に接触させておけば良好に半田が溶融するという前提で、接触時間に余裕を持たせて作業を行う方法を用いていたが、この方法では、条件により溶融時間も異なるため、品質や作業時間がばらつく可能性があり、正確に半田の溶融状態を検出することができない。しかしながら、この実施の形態１に係る半田溶融検出装置では、条件に関わらず半田の溶融状態を検出することができるため、品質や作業時間にばらつきが生じることはなくなる。
【００５８】
なお、この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置では、アクチュエータ可動部１ａに基板８を載置して、基板８を移送させて、固定した半田ごて７ａに接触させて半田付けを行うように構成したが、アクチュエータ可動部１ａに半田ごて７ａを設置して、この半田ごて７ａを上方向に移送させて、固定した基板８に接触させて半田付けを行うように構成してもよい。
また、半田ごて７ａがスカラーロボット１０により上下に移送されアクチュエータ１が固定部であってもよい。
【００５９】
また、この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出方法では、外力推定部６はアクチュエータ可動部１ａの位置及び定電流ドライバ５に入力する電圧に基いてアクチュエータ可動部１ａに加えられている接触力の変化量を推定するように構成したが、これに限るものではなく、例えば、アクチュエータ可動部１ａに接触力を検出する力センサを取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ アクチュエータ（移送部）
１ａ アクチュエータ可動部
２ 位置センサ
３，１７〜１９ 第１〜４比較器
４ 位相補償回路
５ 定電流ドライバ
６ 外力推定部
７ 半田固定部
７ａ 半田ごて
７ｂ 半田供給部
９ 溶融判定部
１０ スカラーロボット（移送部）
１１〜１３ 第１〜３演算部
１４，１５ 第１，２ＬＰＦ
１６ サンプルホールド回路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、基板または半田ごてを載置した可動部を有するアクチュエータを移送させて、基板と半田ごてを接触させることにより半田付けを行う際の半田の溶融状態を検出する半田溶融検出装置及び半田溶融検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ロボットにおいても知能化の研究が進み、精密組立てや嵌め合い作業など、従来人手に頼らざるを得なかった作業もロボットで行えるようになってきた。これらを実現する要素技術としてはビジョンやアクチュエータの柔軟制御、力センサ（力覚）を用いた制御技術がある。
【０００３】
一例として、基板組立て作業の自動化として自動半田付け装置などがあるが、半田付け作業を最良の状態で行うためには、半田の溶融状態を観察し、半田の温度、供給量などを最適に制御する必要がある。
【０００４】
従来では、半田の熱的変化をカメラで撮影したり（例えば、特許文献１，２参照）、半田面からの反射光変化を捉えて半田付けプロセスを制御する方法などが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０７６０１号公報
【特許文献２】特開２００５−０８５７０８号公報
【特許文献３】特開平０７−００７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に開示される半田の熱的変化をカメラで撮影し、半田の溶融状態をモニターする方法では、半田付け作業中は半田ごてで半田溶融部が隠れて見えにくいため、正確な温度が測れず、半田の溶融状態を正しく判別することができないという課題がある。
【０００７】
また、特許文献３に開示される半田面からの反射光変化を捉える方法では、半田表面の反射率の影響を受けやすく半田の溶融開始の状態を正しく判別することができないという課題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる半田溶融検出装置及び半田溶融検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る半田溶融検出方法は、基板または半田ごてを載置した可動部を有する移送部を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、基板と半田ごてが接触して移送部を停止した直後からの可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように構成したので、基板と半田ごてが接触することにより生じる接触力の変化量を推定して半田の溶融状態を検出することにより、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における外力推定部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半田溶融検出装置による半田溶融検出処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１におけるアクチュエータ可動部に加わる接触力の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置の構成を示す図である。
半田溶融検出装置は、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触することによりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定して、半田の溶融状態を判定するものである。この半田溶融検出装置は、図１に示すように、アクチュエータ（移送部）１、位置センサ２、第１比較器３、位相補償回路４、定電流ドライバ５、外力推定部６、半田固定部７及び溶融判定部９から構成される。
なお、アクチュエータ可動部１ａに加えられる外力には、基板８が半田ごて７ａと接触することにより生じる接触力の他に、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力及びアクチュエータ１の移動加速度により生じる力が含まれている。
【００１３】
アクチュエータ１は、基板８を載置するためのアクチュエータ可動部１ａを有し、図４に示すスカラーロボット（移送部）１０により上下に移送されることにより、基板８を半田固定部７の半田ごて７ａに接触させて半田付けを行うものである。また、基板８が半田ごて７ａに接触した際にアクチュエータ可動部１ａも接触力を受け、アクチュエータ１は、入力電圧に比例した電流を発生する定電流ドライバ５からの電流がボイスコイルモータに流れることにより駆動力を発生してアクチュエータ可動部１ａを上下方向に移送する。なお、アクチュエータ可動部１ａは半田付け作業に最適なコンプライアンス値に設定されるように位置センサ２の出力が目標位置と一致するように位置決め制御が行われた状態で移送される。
また、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８には予め予備半田８ａが付けられている。
【００１４】
位置センサ２は、アクチュエータ可動部１ａの位置を検出するものである。この位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置を示す位置信号は、第１比較器３及び外力推定部６に供給される。
【００１５】
第１比較器３は、予め設定された目標位置から、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置を差し引くことにより差分値を算出するものである。この第１比較器３により算出された差分値を示す差分信号は位相補償回路４に供給される。
【００１６】
位相補償回路４は、第１比較器３により算出された差分値に基づいて、定電流ドライバ５の電流値を制御するものである。この位相補償回路４による制御信号を定電流ドライバ５を通してアクチュエータ１に供給することにより位置センサ２出力が目標位置と一致するように位置決め制御が行われる。
【００１７】
外力推定部６は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置及び定電流ドライバ５に入力する電圧に基づいて、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定するものである。
【００１８】
また、外力推定部６は、基板８が半田ごて７ａと接触した後にアクチュエータ１全体の移送を停止させたことを示す第２のモード信号を受信した後は、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送を停止した直後の外力を基準値とした接触力の変化量を推定する。この外力推定部６により推定された接触力の変化量を示す信号は溶融判定部９に供給される。
【００１９】
半田固定部７は、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８に対して半田付けを行うものであり、アクチュエータ１の上部に固定して設けられ、半田ごて７ａ及び半田を供給する半田供給部７ｂを有している。この半田ごて７ａの先端部に、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が接触することにより、基板８の予備半田８ａを溶融させて、半田供給部７ｂから半田を供給して半田付けを行う。
【００２０】
溶融判定部９は、外力推定部６により推定された接触力の変化量と、予め設定した溶融判定閾値とを比較し、接触力の変化量が溶融判定閾値以上であった場合に、半田が溶融状態であると判断し、半田固定部７の半田ごて７ａの温度または半田供給部７ｂの供給等の制御を行うものである。
【００２１】
次に、外力推定部６の構成について説明する。図２はこの発明の実施の形態１における外力推定部６の構成を示す図である。
外力推定部６は、図２に示すように、第１〜３演算部１１〜１３、第１，２ＬＰＦ（Low Pass Filter）１４，１５、サンプルホールド回路１６及び第２〜４比較器１７〜１９から構成される。
なお、外力推定部６は、ノイズの影響を受け難くするために、従来の外乱オブザーバのように純粋微分系を含まない形で構成されるものであるが、実施の形態１における外力推定部６では、原理説明のため簡略化して説明を行う。
【００２２】
第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに、定電流ドライバ５の入力電圧と出力電流の比であるＫｉと、トルク定数Ｋｔを乗算するものである。この第１演算部１１により算出された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４及び第３比較器１８に供給される。
この第１演算部１１により定電流ドライバ５から供給される電流によりアクチュエータ１が発生する駆動力が推定される。
【００２３】
第２演算部１２は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒにラプラス演算子ｓを乗算するものであり、出力はアクチュエータ可動部１ａの速度となる。この第２演算部１２により算出された値を示す信号は第３演算部１３に供給される。
第３演算部１３は、第２演算部１２により算出されたアクチュエータ可動部１ａの速度の値に質量Ｍとラプラス演算子ｓを乗算するものであり、その出力はアクチュエータ１が発生する駆動力から、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値を差し引いた推定値となる。この第３演算部１３により算出された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５及び第３比較器１８に供給される。
【００２４】
第１ＬＰＦ１４は、第１演算部１１から供給された信号から高域ノイズを除去するための低域ゲインが０ｄＢのフィルタである。この第１ＬＰＦ１４により高域ノイズが除去された信号は第２比較器１７に供給される。
第２ＬＰＦ１５は、第３演算部１３から供給された信号から高域ノイズを除去するための低域ゲインが０ｄＢのフィルタである。この第２ＬＰＦ１５により高域ノイズが除去された信号は第２比較器１７に供給される。
【００２５】
第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くものである。この第２比較器１７により算出された値を示す信号はサンプルホールド回路１６に供給される。
【００２６】
ここで第３演算部１３の出力は前記の通りアクチュエータ１が電流により発生する駆動力から、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度及びアクチュエータ可動部１ａの移動加速度により受ける力の加算値を差し引いた推定値であり、また第１演算部１１の出力は電流によりアクチュエータ１が発生する駆動力の推定値である。そのため、第２比較器１７において第１演算部１１の出力に第１ＬＰＦ１４を介した出力から、第３演算部１３の出力に第２ＬＰＦ１５を介した出力を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値がノイズが除去された状態で推定される。
【００２７】
サンプルホールド回路１６は、位置センサの出力と目標位置が等しくなるように位置決め制御が行われていて、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていないことを示す第１のモード信号を受信した場合に、第２比較器１７により算出された値を記憶し保持するものである。このサンプルホールド回路１６に保持された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００２８】
前記の通り第２比較器１７ではアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度および移動加速度により受ける力の加算値がノイズが除去された状態で推定されるが、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力が零であり、また、アクチュエータ可動部１ａが静止した状態では移動加速度により受ける力も零であるため、このサンプルホールド回路１６によりアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度による力が保持される。
【００２９】
また、サンプルホールド回路１６は、基板８が半田ごて７ａに接触した状態でアクチュエータ１全体の移送が停止したことを示す第２のモード信号を受信した場合に、第２比較器１７により算出された値を記憶し保持する。このサンプルホールド回路１６に保持された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
これによりサンプルホールド回路１６では基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送が停止した直後にアクチュエータ可動部１ａに加わる外力が保持される。
【００３０】
第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くものである。この第３比較器１８により算出された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００３１】
第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値からサンプルホールド回路１６により保持された値を差し引くものである。
従って、第４比較器１９によりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力とアクチュエータ可動部１ａに加わる移動加速度により受ける力の加算値が推定されるが、サンプルホールド回路１６が第１のモード信号を受信した後では、アクチュエータ可動部１ａが停止もしくは一定速度で移動しているため接触力が推定される。
また、サンプルホールド回路１６が第２のモード信号を受信した後では、第４比較器１９によりアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量が推定される。
【００３２】
なお、外力推定部６の各演算部１１〜１３に用いられるパラメータである、電圧電流変換係数Ｋｉ、トルク定数Ｋｔ、アクチュエータ可動部１ａの質量Ｍは、アクチュエータ１の物理パラメータと同一の値に設定される。
【００３３】
次に、上記のように構成される半田溶融検出装置による半田溶融検出処理について説明する。図３はこの発明の実施の形態１における半田溶融検出装置による半田溶融検出処理を示すフローチャートである。
まず、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触するまでの外力推定部６による接触力の推定動作について説明する。
アクチュエータ可動部１ａに加えられる外力には、基板８が半田ごて７ａと接触することにより生じる接触力の他に、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力及びアクチュエータ１の移動加速度により生じる力が含まれている。
【００３４】
そのため、図３に示すように、まず、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態でアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することで、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定する（ステップＳＴ３１）。
【００３５】
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４を介して第２比較器１７に供給される。
ここで、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止している場合には、アクチュエータ可動部１ａには重力加速度により生じる力のみが加わっているため、駆動力はその反力となる。
【００３６】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を差し引いた値を推定する。ここで、基板８が半田ごて７ａに接触する前にアクチュエータ可動部１ａを停止し、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において第２演算部１２及び第３演算部１３を介して算出された値は、接触力及び移動加速度により生じる力の影響はないため、駆動力から重力加速度により生じる力のみを差し引いた値となる。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５を介して第２比較器１７に供給される。
【００３７】
次いで、第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定する。この第２比較器１７により推定された重力加速度により生じる力はサンプルホールド回路１６に記憶され保持される。
このように、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において、外力推定部６によりアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することで、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定することができる。
【００３８】
次いで、アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させて外力を推定することによってアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定する（ステップＳＴ３２）。
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００３９】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を差し引いた値を推定する。ここで、アクチュエータ可動部１ａを緩やかに一定速度で移送させている状態において第２演算部１２及び第３演算部１３を介して算出された値は、移動加速度により生じる力の影響はないため、駆動力から重力加速度により生じる力及び接触力を差し引いた値となる。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００４０】
次いで、第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力と接触力とを加算した値を推定する。この第３比較器１８により推定された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００４１】
次いで、第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値から、サンプルホールド回路１６に保持された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定する。
このように、基板８が半田ごて７ａに接触していない状態でアクチュエータ可動部１ａが停止しており、かつアクチュエータ１全体も移送されていない状態において、まずアクチュエータ可動部１ａに加わる重力加速度により生じる力を推定した後に、アクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させて推定した外力から重力加速度により生じる力を差し引くことによって、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力を推定することができる。
【００４２】
次に、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８が半田ごて７ａに接触した後の、外力推定部６による接触力の変化量の推定動作について説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化を示すタイムチャートである。
アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体をスカラーロボット１０により緩やかに一定速度で上方向に移送させている状態において、基板８が半田ごて７ａに接触する前では、図４（ａ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力は零である。
【００４３】
その後、基板８の予備半田８ａが半田ごて７ａに接触すると、図４（ｂ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａに接触力が加わる。次いで、さらにスカラーロボット１０によりアクチュエータ１全体を上方向に移送すると、アクチュエータ可動部１ａは半田ごて７ａより移動を制限されているためアクチュエータ１に対するアクチュエータ可動部１ａの相対位置が変化し、設定されているコンプライアンス値に応じて接触力は増大する。次いで、アクチュエータ可動部１ａに加えられる接触力が半田付け作業に最適な値になった状態でアクチュエータ１全体の移送を停止させると、図４（ｃ）に示すように、接触力は一定になる。
【００４４】
その後、アクチュエータ１全体を停止させて基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させた状態のままに維持すると、基板８の予備半田８ａが溶融し始める。これにより、図４（ｄ）に示すように、アクチュエータ可動部１ａは予備半田８ａが溶融した分だけ上方向に移動し接触力が減少する。つまり、基板８の予備半田８ａの溶融状態に応じた接触力の変化が生じることになる。そこで、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体を停止させた直後からのアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を外力推定部６によって推定することによって、半田の溶融状態を検出する。
【００４５】
まず、アクチュエータ可動部１ａに移動加速度により生じる力が加わらないようにアクチュエータ１全体を緩やかに一定速度で移送させ基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させる。
そして、最適な接触力になった状態でアクチュエータ１全体を停止させ、その直後のアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定することにより基準となる外力を推定する（ステップＳＴ３３）。
【００４６】
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第１ＬＰＦ１４を介して第２比較器１７に供給される。
【００４７】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を差し引いた値を推定する。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第２ＬＰＦ１５を介して第２比較器１７に供給される。
【００４８】
次いで、第２比較器１７は、第１ＬＰＦ１４を介して第１演算部１１から供給された信号により示される値から、第２ＬＰＦ１５を介して第３演算部１３から供給された信号により示される値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を推定する。この第２比較器１７により推定された外力はサンプルホールド回路１６に記憶され保持される。
このようにして、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体の移送を停止した直後のアクチュエータ可動部１ａに加わる外力を推定する。
【００４９】
次いで、アクチュエータ１全体の移送を停止させた状態のまま、アクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を推定する（ステップＳＴ３４）。
まず、第１演算部１１は、定電流ドライバ５に入力する電圧ｅに対して演算を行い、アクチュエータ１が発生する駆動力を推定する。この第１演算部１１により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００５０】
一方、第２演算部１２及び第３演算部１３は、位置センサ２により検出されたアクチュエータ可動部１ａの位置ｒに対して演算を行い、アクチュエータ１の駆動力からアクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を差し引いた値を推定する。この第２演算部１２及び第３演算部１３により推定された値を示す信号は第３比較器１８に供給される。
【００５１】
次いで、第３比較器１８は、第１演算部１１により算出された値から、第３演算部１３により算出された値を差し引くことにより、アクチュエータ可動部１ａに加わる外力（接触力と重力加速度による力との加算値）を推定する。この第３比較器１８により推定された値を示す信号は第４比較器１９に供給される。
【００５２】
次いで、第４比較器１９は、第３比較器１８により算出された値から、サンプルホールド回路１６により保持された値を差し引くことにより、現在のアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力と、基板８が半田ごて７ａに接触してアクチュエータ１全体を停止した直後の接触力との変化量を推定する。この第４比較器１９により推定された接触力の変化量を示す変化量信号は溶融判定部９に供給される。
【００５３】
次いで、溶融判定部９では、第４比較器１９により推定された接触力の変化量と、予め設定されている溶融判定閾値とを比較して、半田の溶融状態を検出する（ステップＳＴ３５）。
このステップＳＴ３５において、溶融判定部９は、この接触力の変化量が溶融判定閾値以上であると判定した場合には、半田が溶融状態であると判定して、半田ごて７ａの温度または半田供給部７ｂによる半田供給量等の制御を行う。
【００５４】
なお、このステップＳＴ３３，３４はこの発明の変化量推定ステップに対応し、ステップＳＴ３５はこの発明の溶融状態検出ステップに対応する。
【００５５】
以上により、この発明の実施の形態１によれば、アクチュエータ可動部１ａに載置された基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させて半田付け作業を行う際に、基板８の予備半田８ａを半田ごて７ａに接触させアクチュエータ１全体を停止させた直後からのアクチュエータ可動部１ａに加わる接触力の変化量を推定して半田の溶融状態を検出するように構成したので、半田の溶融状態を適切に判別することができ、半田付け作業を最良の状態で行うことができる。
【００５６】
また、従来のカメラにより半田の溶融状態を検出する方法とは異なり、半田付け作業中においても半田の溶融状態を容易に検出することができるため、この半田付け作業中における溶融不良を検出して即座に修正を行うことができる。
【００５７】
また、従来の方法では、半田ごてを一定時間基板に接触させておけば良好に半田が溶融するという前提で、接触時間に余裕を持たせて作業を行う方法を用いていたが、この方法では、条件により溶融時間も異なるため、品質や作業時間がばらつく可能性があり、正確に半田の溶融状態を検出することができない。しかしながら、この実施の形態１に係る半田溶融検出装置では、条件に関わらず半田の溶融状態を検出することができるため、品質や作業時間にばらつきが生じることはなくなる。
【００５８】
なお、この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出装置では、アクチュエータ可動部１ａに基板８を載置して、基板８を移送させて、固定した半田ごて７ａに接触させて半田付けを行うように構成したが、アクチュエータ可動部１ａに半田ごて７ａを設置して、この半田ごて７ａを上方向に移送させて、固定した基板８に接触させて半田付けを行うように構成してもよい。
また、半田ごて７ａがスカラーロボット１０により上下に移送されアクチュエータ１が固定部であってもよい。
【００５９】
また、この発明の実施の形態１に係る半田溶融検出方法では、外力推定部６はアクチュエータ可動部１ａの位置及び定電流ドライバ５に入力する電圧に基いてアクチュエータ可動部１ａに加えられている接触力の変化量を推定するように構成したが、これに限るものではなく、例えば、アクチュエータ可動部１ａに接触力を検出する力センサを取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ アクチュエータ（移送部）
１ａ アクチュエータ可動部
２ 位置センサ
３，１７〜１９ 第１〜４比較器
４ 位相補償回路
５ 定電流ドライバ
６ 外力推定部
７ 半田固定部
７ａ 半田ごて
７ｂ 半田供給部
９ 溶融判定部
１０ スカラーロボット（移送部）
１１〜１３ 第１〜３演算部
１４，１５ 第１，２ＬＰＦ
１６ サンプルホールド回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板または半田ごてを載置した可動部を有し、移送して基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う移送部と、
前記基板と前記半田ごてが接触して前記移送部を停止した直後からの前記可動部に加わる接触力の変化量を推定する外力推定部と、
前記外力推定部により推定された変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する制御部と
を備える半田溶融検出装置。
【請求項２】
基板または半田ごてを載置した可動部を有する移送部を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、
前記基板と前記半田ごてが接触して前記移送部を停止した直後からの前記可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、
前記変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップと
を有する半田溶融検出方法。
【請求項１】
基板または半田ごてを載置した可動部を有し、移送して基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う移送部と、
前記基板と前記半田ごてが接触して前記移送部を停止した直後からの前記可動部に加わる接触力の変化量を推定する外力推定部と、
前記外力推定部により推定された変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する制御部と
を備える半田溶融検出装置。
【請求項２】
基板または半田ごてを載置した可動部を有する移送部を移送させ、基板と半田ごてを接触させて半田付けを行う際の半田溶融検出方法であって、
前記基板と前記半田ごてが接触して前記移送部を停止した直後からの前記可動部に加わる接触力の変化量を推定する変化量推定ステップと、
前記変化量推定ステップにおいて推定した変化量に基づいて、半田の溶融状態を検出する半田溶融検出ステップと
を有する半田溶融検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４２１６１（Ｐ２０１１−１４２１６１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４９（Ｐ２０１０−１１４９）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１１月２７日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｊｐ．ａｚｂｉｌ．ｃｏｍ／ｌｉｂｒａｒｙ／ｒｅｖｉｅｗ．ｈｔｍｌ」に発表
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１１月２７日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｊｐ．ａｚｂｉｌ．ｃｏｍ／ｌｉｂｒａｒｙ／ｒｅｖｉｅｗ．ｈｔｍｌ」に発表
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]