一种激光焊接装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光焊接装置及方法，其中，焊接装置包括控制单元、激光器和光学整形单元；激光器的控制端与控制单元的控制端连接；光学整形单元置于激光器输出光束的光路上，其光轴方向与激光器输出光束的中心方向重合；光学整形单元对激光器输出光束进行整形，输出的均匀条形光斑照射在焊接生产线上；本发明专利技术公开的激光焊接方法基于上述装置，采用均匀条形光斑照射移动的焊接生产线上的工件，熔化焊料，实现工件焊接；为实现电子元器件双面电极焊接的目的，本发明专利技术提出利用反射聚焦镜将未被待焊接工件遮挡的激光反射到待焊接工件的背面，实现对背面电极的焊接。本发明专利技术的提供的激光焊接装置简单，焊接方法可有效节能，并能有效提高良品率。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接装置与方法
本专利技术属于电子元器件激光钎焊
，更具体地，涉及一种激光焊接装置与焊接方法。
技术介绍
目前，电子元器件的引脚焊接主要是采用高温电炉，使电子元器件引脚上的焊料熔化，经冷却后，达到电子元器件与引脚焊接在一起的目的。该方法技术成熟、工艺稳定，但能耗高，占地大，工人的工作环境恶劣。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种激光焊接装置与焊接方法，其目的在于采用激光加热替代高温电炉加热，在保证焊接良品率的同时解决现有焊接技术能耗高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种激光焊接装置，包括控制单元、第一激光器和第一光学整形单元；其中，第一激光器和第一光学整形单元构成第一光学系统；第一激光器与控制单元的第一控制端连接；第一光学整形单元置于第一激光器输出激光束的光路上，第一激光器输出激光束的中心方向与第一光学整形单元的光轴重合；应用于焊接生产时，第一光学整形单元输出激光束正对焊接生产线；其中，控制单元用于根据焊接生产效率、待焊接工件间距以及生产线移动速度设置第一激光器的工作参数，包括第一激光器输出激光的功率与激光照射时间；第一激光器根据工作参数调整输出的激光束；第一光学整形单元通过聚焦、扩束、反射、折射以及准直的手段将激光束整形成均匀条形光斑；其中，待焊接工件间距是指两个待焊接件中心点之间的间距；焊接生产效率和生产线移动速度则视生产实际的情况而定。优选的，本专利技术提供的激光焊接装置还包括反射聚焦镜，应用于焊接生产时，反射聚焦镜与第一光学系统分别置于焊接生产线两侧；反射聚焦镜长边方向的光轴与沿焊接生产线水平方向的夹角Φ在大于0度小于45度范围内可调；反射聚焦镜用于将从待焊接工件间隙穿过的激光反射聚焦至待焊接工件的背面；其中，背面是指背向第一光学整形单元的一面。进一步优选的，本专利技术提供的激光焊接装置还包括第二激光器和第二光学整形单元，第二激光器和第二光学整形单元构成第二光学系统；其中，第二激光器与控制单元的第二控制端连接；第二光学整形单元置于第二激光器输出光束的光路上，第二激光器输出光束的中心方向与第二光学整形单元的光轴重合；应用于焊接生产时，第一光学系统位于焊接生产线的正面，输出均匀条形光斑照射到待焊接工件的正面；第二光学系统位于焊接生产线的背面，输出均匀条形光斑照射到待焊接工件的背面。进一步优选的，第一光学系统与第二光学系统的相对位置可调，通过调整第一光学系统与第二光学系统，使得第一光学系统输出的均匀条形光斑与第二光学系统输出的均匀条形光斑之间的夹角θ在大于0度小于90度的范围内；用于焊接生产时，第一光学系统与第二光学系统对称放置在焊接生产线的两侧，通过调整夹角θ以避免两套光学系统输出的条形光斑的光轴重合而互相干扰。进一步优选的，第一光学系统与第二光学系统的相对位置可调，通过调整第一光学系统与第二光学系统，使得第一光学系统输出的均匀条形光斑与第二光学系统输出的均匀条形光斑平行，但光斑覆盖范围不重合；用于焊接生产时，第一光学系统与第二光学系统平行错位放置在焊接生产线的两侧；完全避免了两个条形光斑的光轴重合而互相干扰的可能性。另一方面，为实现本专利技术目的，还提供了一种采用本专利技术的激光焊接装置进行激光焊接的方法，具体如下：(1)根据焊接生产效率、待焊接工件间距以及生产线移动速度确定焊接所需的激光功率和激光照射时间；(2)根据激光功率和激光照射时间调整激光器工作参数，使之输出相应激光束；(3)对以上步骤获取的激光束进行光学整形，通过聚焦、扩束、反射、折射以及准直的手段将激光束整形成均匀条形光斑；(4)采用均匀条形光斑照射沿水平方向匀速移动的焊接生产线，作用于待焊接工件，使得待焊接工件上的焊料熔化，经冷却后，待焊接工件的正面与电子元器件正面的引脚焊接在一起，完成单面焊接；其中，指电子元器件面向光学整形单元的一面。优选的，为实现块状电子元器件双面电极焊接的目的，还进一步的提供了一种激光焊接方法，采用上述包括反射聚焦镜的激光焊接装置，通过反射聚焦镜将未被待焊接工件遮挡的均匀条形光斑反射到待焊接工件的背面，完成背面电极的焊接，具体如下：(1)根据焊接生产效率、待焊接工件间距以及生产线移动速度确定焊接所需的激光功率和激光照射时间；(2)根据激光功率和激光照射时间调整激光器工作参数，使之输出相应激光束；(3)对以上步骤获取的激光束进行光学整形，通过聚焦、扩束、反射、折射以及准直的手段将激光束整形成均匀条形光斑；(4)采用均匀条形光斑照射沿水平方向匀速移动的焊接生产线，作用于待焊接工件，使得待焊接工件上的焊料熔化，经冷却后，待焊接工件的正面与电子元器件正面的引脚焊接在一起，完成正面电极焊接；同时，从待焊接工件间隙穿过的均匀条形光斑经反射聚焦镜反射到待焊接工件的背面，作用于待焊接工件背面，使得待焊接工件背面的焊料熔化，经冷却后，待焊接工件的背面与电子元器件背面的引脚焊接在一起，完成背面电极焊接；其中，正面是指电子元器件面向光学整形单元的一面。进一步优选的，激光功率与激光照射时间具体如下确定激光功率＝最佳功率密度参数*条形光斑面积；激光照射时间＝均匀条形光斑长度/焊接生产线移动速度；其中，最佳功率密度参数是指单个工件单面焊接完成且不损伤电子元器件所需的激光功率，单位为瓦/厘米2，对于各类电子元器件而言，取值不同；焊接生产线移动速度＝待焊接工件间距*单位时间焊接数；单位时间焊接数根据焊接生产效率确定。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的激光焊接装置采用激光能源，由于激光的能量分布相对集中，能量利用率高，且激光具有方向性好的特点，可进行定向加热，而激光器自身能耗低，因此大规模可节省大量电力资源；(2)本专利技术提供的激光焊接装置体积小，易于集成到各种电子元器件焊接生产线中；(3)由于本专利技术提供的激光焊接方法采用均匀长条光斑静止而待焊接工件运动的设计，相对于待焊接工件静止而激光光斑运动的焊接方法，本专利技术的方法采用的工件运动更好控制；若采用工件静止而激光光斑运动的方法，要达到同样的效果，则需要添加空间扫描系统来实现，因此，本专利技术采用的方法简便可行，有效地减小了控制单元与人机界面的复杂度；(4)本专利技术的优选方案提供的一种激光焊接装置，采用双面同时焊接的方法消除了待焊接工件正反两个面的应力差，使得焊料与待焊接工件均匀熔接，焊接的良品率由此得到提高；(5)本专利技术提供的激光焊接装置和焊接方法，采用长条形光斑作用于焊接生产线，对于待焊接工件而言，作用于其上的激光能量密度相对较低而作用时间相对较长，工件缓慢均匀焊接，相对于短时间内采用高能量密度激光的方法，本专利技术的采用条形光斑的方法，不易损坏待焊接工件，使得焊接的良品率得到进一步提高。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的激光焊接装置的整体结构示意图；图2是采用实施例1提供激光焊接装置实现单面焊接的示意图；图3是本专利技术实施例2提供的双面焊接的示意图；图4是图3的俯视图；图5是本专利技术实施例3提供的双面焊接的示意图；图6是本专利技术实施例4提供的双面焊接的示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为控制单元、2为第一激光器、3为第一光学整形单元、4为焊接生产线、5为待焊接工件、6为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊接装置，包括控制单元、第一激光器和第一光学整形单元，第一激光器和第一光学整形单元构成第一光学系统；第一激光器与控制单元的第一控制端连接；第一光学整形单元置于第一激光器输出激光束的光路上，第一激光器输出激光束的中心方向与第一光学整形单元的光轴重合；应用于焊接生产时，第一光学整形单元输出激光束正对焊接生产线；其中，控制单元用于根据焊接生产效率、待焊接工件间距以及生产线移动速度设置第一激光器的工作参数；第一激光器根据工作参数调整输出的激光束；第一光学整形单元用于将激光束整形成均匀条形光斑。

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接装置，包括控制单元、第一激光器和第一光学整形单元，第一激光器和第一光学整形单元构成第一光学系统；第一激光器与控制单元的第一控制端连接；第一光学整形单元置于第一激光器输出激光束的光路上，第一激光器输出激光束的中心方向与第一光学整形单元的光轴重合；应用于焊接生产时，第一光学整形单元输出激光束正对焊接生产线；其中，控制单元用于根据焊接生产效率、待焊接工件间距以及生产线移动速度设置第一激光器的工作参数；第一激光器根据工作参数调整输出的激光束；第一光学整形单元用于将激光束整形成均匀条形光斑；所述激光焊接装置还包括反射聚焦镜，所述反射聚焦镜用于将从待焊接工件间隙穿过的激光反射聚焦至待焊接工件的背面；其中，背面是指背向第一光学整形单元的一面。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述激光焊机装置应用于焊接生产时，所述反射聚焦镜与第一光学系统分别置于焊接生产线两侧；反射聚焦镜长边方向的光轴与沿焊接生产线水平方向的夹角Φ在大于0度小于45度范围内可调。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括第二激光器和第二光学整形单元，第二激光器和第二光学整形单元构成第二光学系统；其中，第二激光器与控制单元的第二控制端连接；第二光学整形单元置于第二激光器输出光束的光路上，第二激光器输出光束的中心方向与第二光学整形单元的光轴重合；应用于焊接生产时，第一光学系统与第二光学系统分别置于焊接生产线两侧，输出均匀条形光斑分别照射到待焊接工件的正面与背面。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，第一光学系统与第二光学系统的相对位置可调，通过调整第一光学系统与第二光学系统，使得第一光学系统输出的均匀条形光斑与第二光学系统输出的均匀条形光斑之间的夹角θ在大于0度小于90度的范围内；用于焊接生产时，第一光学系统与第二光学系统对称放置在焊接生产线的两侧，通过调整夹角θ以避免两套光学系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓，王海林，朱广志，齐丽君，郭飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42