一种激光焊接上锡装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术设计一种激光焊接上锡装置及焊接方法，上锡装置包括背板、激光位置校正装置、摄像头、激光加工头、推送轮对、连接杆、送锡嘴、位移传感器、角度传感器、平衡弹簧、控制器、残渣盒，角度传感器检测连接杆摆动角度，位移传感器检测连接杆上下移动位置，控制器根据探测头的位移量和角度变化值，计算出探测头的运动速度和加速度；激光焊接时，利用探测头的位置进行激光工作高度闭环控制、利用探测头受力进行锡丝进给速度闭环控制、利用探测头角度进行激光跟随锡丝位置的闭环控制，可弥补焊点高度差对焊接效果的影响，降低了产品加工固定要求，扩大了激光焊接的应用范围。可防止发生机械碰撞或烧伤加工基材，工艺稳定，提高了合格品率。

A laser welding tin device and welding method

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接上锡装置及焊接方法
本专利技术涉及一种激光焊接上锡装置及焊接方法，具体为一种激光锡丝焊接的上锡装置以及采用该种装置的焊接方法，属激光锡丝焊接

技术介绍
激光锡丝焊接精细加工领域，随着生产工艺要求越来越高，加工设备使用条件也越来越严苛，现有传统设备往往无法满足新兴工艺要求。如激光焊接特定微小焊点时，激光与锡丝或焊点的少许偏差便会使焊点烧伤或基材报废。激光锡焊与传统电烙铁焊接方式的区别在于，激光焊接时没有接触力直接作用在焊点上，若锡丝与焊点未良好接触或接触不稳定，熔化的锡丝不能良好的附着在焊点上，则容易导致焊点浮高或虚焊；若接触力过大，又容易导致锡丝变形，无法正常焊接。这是影响激光锡丝焊接良品率的一个关键因素。中国技术专利“自动校准送锡的激光焊锡装置”（201820105083.4）是采用激光发射器和第一CCD组件等，分别用于溶化锡丝进行焊接以及获取锡丝的图像信息；进而获取锡丝的伸出长度、锡丝与激光光斑的偏离度和锡丝的外观信息；再利用控制激光发射器和送锡组件对锡丝进行修剪，以解决送锡量控制和自动矫正的问题，其不足之处是：所述装置无法准确判断锡丝与焊点的接触力；中国专利技术专利“一种锡丝精密焊接装置及控制方法”（201710413205.6）是以两套视觉系统采集锡丝三维图像为基础，通过比较初始和检测时锡丝的长度、位置和姿态等参数并获取偏差，再借助激光切锡工艺、自动捋锡工艺和自动推收锡丝方法，解决锡丝顶端形成锡球、弯曲、变形、长度误差累计，同样存在无法准确判断锡丝与焊点的接触力问题；中国专利技术专利“一种激光焊接的自动送锡丝装置”（201811475586.1）仅解决了在送丝机构偏转角度时确保出丝位置与激光焊点始终保持一致、避免送丝时锡丝产生应力形变、防止卡丝现象发生问题。现有技术或公开的专利中，主要是利用视觉系统进行加工位置修正或工艺动态调整，所采用的装置或方法均无法准确判断锡丝与焊点的接触力，更不能根据接触力实时调整装置和锡丝的状态，另一方面，激光焊接插针器件时，焊点插针的倾斜方向为随机量，若以固定的姿态对一批插针（或引脚）送锡丝，则锡丝可能被某些插针撞弯或偏移，导致无法正常焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
所述问题，设计一种激光焊接上锡装置及焊接方法，包括一种用于激光焊接时添置锡丝的上锡装置和一种基于该装置的激光焊接方法。所述上锡装置是利用锡丝尖端（简称锡尖）作为探测头，并通过位移传感器和角度传感器向控制器反馈探测头位置和角度等参数的装置；所述激光焊接方法是利用探测头的位置进行激光工作高度闭环控制、根据探测头受力情况进行锡丝进给速度闭环控制、利用探测头角度进行激光跟随锡丝位置的闭环控制的方法。所述方法利用锡尖的位置反馈功能动态调整激光焦点坐标，可弥补焊点高度差对焊接效果的影响，降低了产品加工固定要求并扩大了激光焊接的应用范围；通过锡尖的力反馈功能确保锡丝与焊点的良好接触，进而保证加工工艺稳定，同时通过力反馈装置计算锡尖与焊点接触的速度和加速度，当速度或加速度过大时紧急停止装置动作，防止发生机械碰撞。锡丝进给状态符合加工工艺，激光加工系统可更好的适用于复杂工况，提高了加工一致性和合格品率。本专利技术的技术方案是：一种激光焊接上锡装置，包括：背板以及安装在背板上的激光位置校正装置、视觉系统，还包括：激光加工头、送锡机构、探测机构、控制器、残渣盒；所述残渣盒用于收纳斩断的锡丝残渣；所述激光加工头固连在激光位置校正装置下方，激光加工头用于热熔上锡或斩断锡丝；所述激光位置校正装置用于带动激光加工头进行空间位置调整；所述送锡机构包括：推送轮对、连接杆和铰接在连接杆下端的送锡嘴；用于焊接的锡丝的前端穿过送锡嘴至与焊盘接触，锡丝的后部穿过推送轮对，所述推送轮对用于推送或收回锡丝；设定：沿送锡嘴下部向前伸出的一小段锡丝为探测头；所述视觉系统包括摄像头，所述摄像头固定在背板上，摄像头用于拍摄探测头，进而检测出探测头的直线度和长度。所述探测机构包括：位移传感器、角度传感器、平衡弹簧；所述连接杆沿垂直向设置，所述送锡嘴与连接杆的轴向之间呈设定角度，所述角度传感器固定在背板上且位于连接杆的上端，所述平衡弹簧穿过连接杆且位于连接杆的下部，平衡弹簧的上端与连接杆固连，所述位移传感器固定在背板上,平衡弹簧的下端与位移传感器固连；位移传感器上设置有容置连接杆上下滑动的滑套，连接杆可带动送锡嘴上下移动和旋转摆动；所述角度传感器用于检测连接杆的摆动角度，位移传感器用于检测连接杆的上下移动位置，所述控制器根据位移传感器和角度传感器实时检测到的探测头的位移量和角度变化值，计算出探测头的运动速度和加速度。焊接前通过视觉系统检测锡丝顶端状态，当锡丝顶端严重变形时，通过激光脉冲将锡丝斩断，斩断后的锡丝残渣自动掉落到残渣盒中，保证锡丝作为探测头的可靠性，激光位置校正装置、视觉系统、位移传感器、角度传感器等与控制器相连，控制器负责整个装置的有序运行。进一步地，所述送锡嘴与连接杆轴向之间的连接角度为90~150度，且可人工调节。进一步地，设定探测头的长度小于或等于锡丝直径的5倍。一种激光焊接方法，是利用探测头的位置进行激光工作高度闭环控制、利用探测头受力进行锡丝进给速度闭环控制、利用探测头角度进行激光跟随锡丝位置的闭环控制方法。当探测头与焊盘接触后，探测头受力使平衡弹簧发生轴向和径向形变，平衡弹簧提供回复力。此时平衡弹簧吸收接触力，锡丝未发生变形。当探测头受力消失后，回复力可使探测头的偏转角度回复至初始状态；平衡弹簧同时用于提高锡丝作为探测头的可靠性和敏感度；设定:锡丝最小弯曲力为M，探测机构重量G，平衡弹簧的接触力f满足：f=G-M*β式中β代表：平衡系数，0<β<1。设定平衡弹簧的参数：平衡弹簧的形变系数为λ，最小变形λmin，对应的最小工作载荷为Fmin；最大工作载荷Fmax,对应的最大变形为λmax。在（λmin，λmax）范围内，平衡弹簧实际载荷F与形变λ成正比，即：F=K*λ设定：探测头与焊盘之间的接触力为f，位移传感器实时反馈值Z，则：式中，为接触力f为零时，位移传感器的反馈值，此处接触力f通过弹簧的形变量计算，弹簧的形变量通过位移传感器得到。进一步地，所述一种激光焊接方法，包括以下四个阶段：1—加工准备、2—锡丝定位、3—出光焊接、4—加工完成，具体如下：1、加工准备阶段设定通过位移传感器获取探测头的Z向偏移z，角度传感器获取探测头的X向偏移x和Y向偏移y，通过Z向偏移和位移传感器单位响应时间t获取探测头的速度V和加速度A；视觉系统获取锡丝在加工面上的直线度s和长度l。标准状态下，设定基准参数包括接触力fb，探测头的X向偏移xb、Y向偏移yb、Z向偏移zb、最大速度Vmax、最大加速度Amax，视觉系统获取锡丝在加工面上的基准直线度sb和长度lb，设定容许偏差分别为Δf、ΔX、ΔY、ΔZ、Δs和Δl。在加工准备阶段，视觉系统获取锡丝在加工面上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光焊接上锡装置，包括：背板以及安装在背板上的激光位置校正装置、视觉系统，还包括：激光加工头、送锡机构、探测机构、控制器、残渣盒；所述残渣盒用于收纳斩断的锡丝残渣；所述激光加工头固连在激光位置校正装置下方，激光加工头用于热熔上锡或斩断锡丝；所述激光位置校正装置用于带动激光加工头进行空间位置调整；所述送锡机构包括：推送轮对、连接杆和铰接在连接杆下端的送锡嘴；用于焊接的锡丝的前端穿过送锡嘴至与焊盘接触，锡丝的后部穿过推送轮对，所述推送轮对用于推送或收回锡丝；设定：沿送锡嘴下部向前伸出的一小段锡丝为探测头；所述视觉系统包括摄像头，所述摄像头固定在背板上，摄像头用于拍摄探测头，进而检测出探测头的直线度和长度；其特征在于：/n所述探测机构包括：位移传感器、角度传感器、平衡弹簧；所述连接杆沿垂直向设置，所述送锡嘴与连接杆的轴向之间呈设定角度，所述角度传感器固定在背板上且位于连接杆的上端，所述平衡弹簧穿过连接杆且位于连接杆的下部，平衡弹簧的上端与连接杆固连，所述位移传感器固定在背板上,平衡弹簧的下端与位移传感器固连；位移传感器上设置有容置连接杆上下滑动的滑套，连接杆可带动送锡嘴上下移动和旋转摆动；所述角度传感器用于检测连接杆的摆动角度，位移传感器用于检测连接杆的上下移动位置，所述控制器分别与激光位置校正装置、视觉系统、位移传感器、角度传感器连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接上锡装置，包括：背板以及安装在背板上的激光位置校正装置、视觉系统，还包括：激光加工头、送锡机构、探测机构、控制器、残渣盒；所述残渣盒用于收纳斩断的锡丝残渣；所述激光加工头固连在激光位置校正装置下方，激光加工头用于热熔上锡或斩断锡丝；所述激光位置校正装置用于带动激光加工头进行空间位置调整；所述送锡机构包括：推送轮对、连接杆和铰接在连接杆下端的送锡嘴；用于焊接的锡丝的前端穿过送锡嘴至与焊盘接触，锡丝的后部穿过推送轮对，所述推送轮对用于推送或收回锡丝；设定：沿送锡嘴下部向前伸出的一小段锡丝为探测头；所述视觉系统包括摄像头，所述摄像头固定在背板上，摄像头用于拍摄探测头，进而检测出探测头的直线度和长度；其特征在于：
所述探测机构包括：位移传感器、角度传感器、平衡弹簧；所述连接杆沿垂直向设置，所述送锡嘴与连接杆的轴向之间呈设定角度，所述角度传感器固定在背板上且位于连接杆的上端，所述平衡弹簧穿过连接杆且位于连接杆的下部，平衡弹簧的上端与连接杆固连，所述位移传感器固定在背板上,平衡弹簧的下端与位移传感器固连；位移传感器上设置有容置连接杆上下滑动的滑套，连接杆可带动送锡嘴上下移动和旋转摆动；所述角度传感器用于检测连接杆的摆动角度，位移传感器用于检测连接杆的上下移动位置，所述控制器分别与激光位置校正装置、视觉系统、位移传感器、角度传感器连接。


2.如权利要求1所述一种激光焊接上锡装置，其特征在于：所述送锡嘴与连接杆轴向之间的连接角度为90~150度，且可人工调节。


3.如权利要求1所述一种激光焊接上锡装置，其特征在于：设定探测头的长度小于或等于锡丝直径的5倍。


4.一种采用权利要求1所述激光焊接上锡装置进行激光焊接方法，是利用探测头的位置进行激光工作高度闭环控制、利用探测头受力进行锡丝进给速度闭环控制、利用探测头角度进行激光跟随探测头位置的闭环控制方法，其特征在于，包括以下四个阶段：
s1、加工准备阶段
设定:通过位移传感器获取探测头的Z向偏移z，角度传感器获取探测头的X向偏移x和Y向偏移y，通过Z向偏移和位移传感器单位响应时间t获取探测头的速度V和加速度A；视觉系统获取探测头在焊盘之上的直线度s和长度l；
标准状态下，设定基准参数，包括：探测头与焊盘之间的接触力fb、探测头的X向偏移xb、Y向偏移yb、Z向偏移zb、最大速度Vmax、最大加速度Amax，视觉系统获取探测头在焊盘之上的基准直线度sb和长度lb，设定容许偏差分别为Δf、ΔX、ΔY、ΔZ、Δs和Δl；
在加工准备阶段，视觉系统首先获取探测头在焊盘之上的直线度s...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，徐琦，邱浩波，叶凯，蔡仁树，李仁明，
申请(专利权)人：武汉比天科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42