用于回流焊炉的气体控制系统和方法技术方案

本申请涉及一种用于回流焊炉的气体控制系统和方法，包括：氧气探测装置，能够与炉膛中的气体接触，用于探测炉膛中的氧气浓度；进气阀装置，用于可控地将工作气体源与炉膛流体连通，从而将工作气体输入到炉膛中；以及控制器，根据氧气浓度信号来控制至少一个进气阀装置的开度，以调节输入炉膛中的工作气体。本申请的气体控制系统和方法，实时探测炉膛中的氧气浓度，并根据预先设置的设定值或目标值，自动调节气体控制阀以控制工作气体的输入，控制精度较高，调节速度较快，并且在停止工作或在工作间歇时，能够及时关闭气体控制阀，从而避免浪费、降低成本。

Gas control system and method for reflow soldering furnace

【技术实现步骤摘要】
用于回流焊炉的气体控制系统和方法
本申请涉及回流焊炉，尤其涉及用于回流焊炉的气体控制系统和方法。
技术介绍
在印刷电路板的制作过程中，通常通过被称为“回流焊接”的工艺，将电子元件安装到电路板上。在典型的回流焊接工艺中，将焊膏(例如锡膏)沉积到电路板上选定的区域，并将一个或多个电子元件的导线插入所沉积的焊膏中。然后使电路板通过回流焊炉，在回流焊炉中，焊膏在加热区域中回流(即，加热至熔化或回流温度)，然后在冷却区域中冷却，以将电子元件的导线电气且机械地连接至电路板。这里所使用的术语“电路板”包括任何类型的电子元件的基板组件，例如包括晶片基板。在回流焊炉中，通常以空气或基本上惰性的气体(例如氮气)作为工作气体，针对不同工艺要求的电路板使用不同的工作气体。在回流焊炉的炉膛中充满工作气体，电路板在通过传送装置传送通过炉膛时在工作气体中执行焊接。对于以基本上惰性的气体作为工作气体的回流焊炉而言，在运行过程中外界空气会不可避免地进入回流焊炉的炉膛中，从而使得炉膛中存在有氧气。氧气的浓度如果超过一定的水平，则会对焊接产生不利影响，例如使焊接部件产生氧化等。因此，需要在回流焊炉的运行过程中向炉膛中补充工作气体以将氧气的浓度维持期望的水平。
技术实现思路
不同的焊接工艺对工作气体的浓度有不同的要求，通常使用氧气浓度(PPM值，百万分比浓度)来反映工作气体的浓度，氧气浓度越低则表示工作气体浓度越高。在回流焊炉运行过程中，经常需要根据焊接工艺的要求调节工作气体的浓度，使用手动方式调节气体控制阀，控制精度较低，调节速度较慢。在停止工作或在工作间歇时，不能及时关闭气体控制阀，也会造成工作气体的浪费和能源损失，从而增加生产成本。本申请提供一种用于回流焊炉的气体控制系统和方法，实时探测炉膛中的氧气浓度，并根据预先设置的设定值或目标值，自动调节气体控制阀以控制工作气体的输入，从而使炉膛中的工作气体浓度达到焊接工艺的要求。本申请的系统和方法，控制精度较高，调节速度较快，并且在停止工作或在工作间歇时，能够及时关闭气体控制阀，从而避免浪费、降低成本。一方面，本申请提供一种用于回流焊炉的气体控制系统，回流焊炉的炉膛中具有气体，气体包括氧气和工作气体，气体控制系统包括：氧气探测装置，氧气探测装置能够与炉膛中的气体接触，用于探测炉膛中的氧气浓度，其中氧气探测装置根据探测到的氧气浓度而产生氧气浓度信号；至少一个进气阀装置，用于可控地将工作气体源与炉膛流体连通，从而将工作气体输入到炉膛中；以及控制器，控制器配置为根据氧气浓度信号来控制至少一个进气阀装置的开度，以调节输入炉膛中的工作气体的流量。根据上述的气体控制系统，炉膛包括峰值区；氧气探测装置与峰值区中的气体接触，用于探测峰值区中的氧气浓度。根据上述的气体控制系统，炉膛的工作环境要求氧气浓度达到目标设定值；控制器根据氧气浓度信号所反映的实际探测值和目标设定值来控制至少一个进气阀装置的开度。根据上述的气体控制系统，炉膛包括预热区；至少一个进气阀装置将预热区与工作气体源流体连通。根据上述的气体控制系统，炉膛还包括冷却区；至少一个进气阀装置包括第一进气阀装置和第二进气阀装置，其中，第一进气阀装置将预热区与工作气体源流体连通，以及第二进气阀装置将冷却区与工作气体源流体连通。根据上述的气体控制系统，控制器配置为能够识别氧气浓度的调节设定值，调节设定值大于目标设定值；控制器配置为当氧气浓度信号所反映的实际探测值大于调节设定值时，增大第一进气阀装置和第二进气阀装置的开度；以及控制器配置为当氧气浓度信号所反映的实际探测值小于调节设定值时，将第一进气阀装置的开度保持在一预设值，并调节第二进气阀装置的开度。根据上述的气体控制系统，还包括：工作状态指示装置，用于指示回流焊炉处于正在处理电路板的状态或者处于未处理电路板的状态；其中，当工作状态指示装置指示回流焊炉处于未处理电路板的状态时，控制器配置为降低至少一个进气阀装置以最小流量输出供应工作气体。根据上述的气体控制系统，氧气探测装置包括：采样装置，采样装置与炉膛流体连通，用于采集炉膛中的气体；氧气分析仪，氧气分析仪与采样装置连接，用于分析所采集的气体中的氧气浓度；以及氧气分析仪与控制器连接，用于根据氧气分析仪分析得到的氧气浓度而产生氧气浓度信号，并将氧气浓度信号传输至控制器。根据上述的气体控制系统，氧气探测装置包括：氧气探针，氧气探针插入炉膛中，用于探测炉膛中的氧气浓度；以及氧气探针与控制器连接，用于根据氧气探针探测的氧气浓度产生氧气浓度信号，并将氧气浓度信号传输至控制器。根据上述的气体控制系统，至少一个进气阀装置中的每一个包括：压力比例阀，压力比例阀与工作气体源连接，用于从工作气体源接收工作气体，并且压力比例阀与控制器连接，用于根据控制器的控制来调节气体的压力；以及节流阀，节流阀与压力比例阀连接，用于根据压力比例阀所调节的气体压力线性地调节气体流速。根据上述的气体控制系统，工作气体为氮气。另一方面，本申请还提供一种用于回流焊炉的气体控制方法，回流焊炉的炉膛包括预热区和冷却区，其特征在于气体控制方法包括以下步骤：探测炉膛中的氧气浓度，其中所探测的氧气浓度反映实际探测值；设定氧气浓度的调节设定值和目标设定值，调节设定值大于目标设定值；当实际探测值大于调节设定值时，增大第一进气阀装置和第二进气阀装置的开度,直至实际探测值小于调节设定值，其中，第一进气阀装置将预热区与工作气体源流体连通，以及第二进气阀装置将冷却区与工作气体源流体连通；当实际探测值小于调节设定值时,保持第一进气阀装置的开度在一预设值，减小第二进气阀装置的开度，直至实际探测值等于目标设定值。根据上述的气体控制方法，还包括以下步骤：在回流焊炉保持稳定工作期间，将第一进气阀装置的开度保持在一预设值，并调节第二进气阀装置的开度，以将实际探测值稳定在目标设定值附近；其中，当实际探测值小于目标设定值时，减小第二进气阀装置的开度，直至实际探测值等于目标设定值；当实际探测值大于目标设定值时，增大第二进气阀装置的开度，直至实际探测值等于目标设定值；以及当实际探测值等于目标设定值时，将第二进气阀装置的开度保持在当前值。根据上述的气体控制方法，炉膛还包括峰值区；探测炉膛中的氧气浓度包括：探测峰值区中的氧气浓度。根据上述的气体控制方法，还包括以下步骤：检测回流焊炉的工作状态；当检测到回流焊炉未处于工作状态时，降低第一进气阀装置和第二进气阀装置以最小流量输出供应工作气体。附图说明当结合附图阅读以下详细说明时，本申请将变得更易于理解，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的零件。图1为本申请的回流焊炉及其气体控制系统的一个实施例的示意图。图2A-2B为图1中气体控制系统的不同实施例的示意图，示出了氧气探测装置的不同实施例。图3为图1中控制器的一个实施例的示意图。图4为采用图1所示的回流焊炉及其气体控制系统的氮气输入控制方法的步骤示意图。具体实施方式下面将参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于回流焊炉(110)的气体控制系统，所述回流焊炉(110)的炉膛(112)中具有气体，所述气体包括氧气和工作气体，其特征在于所述气体控制系统包括：/n氧气探测装置(120)，所述氧气探测装置(120)能够与所述炉膛(112)中的所述气体接触，用于探测所述炉膛(112)中的氧气浓度，其中所述氧气探测装置(120)根据探测到的氧气浓度而产生氧气浓度信号；/n至少一个进气阀装置(131，132)，用于可控地将工作气体源(140)与所述炉膛(112)流体连通，从而将工作气体输入到所述炉膛(112)中；以及/n控制器(122)，所述控制器(122)配置为根据所述氧气浓度信号来控制所述至少一个进气阀装置(131，132)的开度，以调节输入所述炉膛(112)中的工作气体的流量。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于回流焊炉(110)的气体控制系统，所述回流焊炉(110)的炉膛(112)中具有气体，所述气体包括氧气和工作气体，其特征在于所述气体控制系统包括：
氧气探测装置(120)，所述氧气探测装置(120)能够与所述炉膛(112)中的所述气体接触，用于探测所述炉膛(112)中的氧气浓度，其中所述氧气探测装置(120)根据探测到的氧气浓度而产生氧气浓度信号；
至少一个进气阀装置(131，132)，用于可控地将工作气体源(140)与所述炉膛(112)流体连通，从而将工作气体输入到所述炉膛(112)中；以及
控制器(122)，所述控制器(122)配置为根据所述氧气浓度信号来控制所述至少一个进气阀装置(131，132)的开度，以调节输入所述炉膛(112)中的工作气体的流量。


2.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于：
所述炉膛(112)包括峰值区(105)；
所述氧气探测装置(120)与所述峰值区(105)中的气体接触，用于探测所述峰值区(105)中的氧气浓度。


3.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于：
所述炉膛(112)的工作环境要求氧气浓度达到目标设定值(TV)；
所述控制器(122)根据所述氧气浓度信号所反映的实际探测值(DV)和所述目标设定值(TV)来控制所述至少一个进气阀装置(131，132)的开度。


4.根据权利要求3所述的气体控制系统，其特征在于：
所述炉膛(112)包括预热区(101)；
所述至少一个进气阀装置(131)将所述预热区(101)与所述工作气体源(140)流体连通。


5.根据权利要求4所述的气体控制系统，其特征在于：
所述炉膛(112)还包括冷却区(107)；
所述至少一个进气阀装置(131，132)包括第一进气阀装置(131)和第二进气阀装置(132)，其中，所述第一进气阀装置(131)将所述预热区(101)与所述工作气体源(140)流体连通，以及所述第二进气阀装置(132)将所述冷却区(107)与所述工作气体源(140)流体连通。


6.根据权利要求5所述的气体控制系统，其特征在于：
所述控制器(122)配置为能够识别氧气浓度的调节设定值(RV)，所述调节设定值(RV)大于所述目标设定值(TV)；
所述控制器(122)配置为当所述氧气浓度信号所反映的实际探测值(DV)大于所述调节设定值(RV)时，增大所述第一进气阀装置(131)和所述第二进气阀装置(132)的开度；以及
所述控制器(122)配置为当所述氧气浓度信号所反映的实际探测值(DV)小于所述调节设定值(RV)时，将所述第一进气阀装置(131)的开度保持在一预设值，并调节所述第二进气阀装置(132)的开度。


7.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于还包括：
工作状态指示装置(150)，用于指示所述回流焊炉(110)处于正在处理电路板的状态或者处于未处理电路板的状态；
其中，当所述工作状态指示装置(150)指示所述回流焊炉(110)处于未处理电路板的状态时，所述控制器(122)配置为降低所述至少一个进气阀装置(131，132)以最小流量输出供应工作气体。


8.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于，所述氧气探测装置(120)包括：
采样装置(220)，所述采样装置(220)与所述炉膛(112)流体连通，用于采集所述炉膛(112)中的气体；
氧气分析仪(222)，所述氧气分析仪(222)与所述采样装置(220)连接，用于分析所采集的气体中的氧气浓度；以及
所述氧气分析仪(222)与所述控制器(122)连接，用于根据所述氧气分析仪(222)分析得到的氧气浓度而产生所述氧气浓度信号，并将所述氧气浓度信号传输至所述控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫升虎，舒鹏，张冬，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US