CN103706933A - 一体化自动显微焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接自动化，本发明一体化自动显微焊接设备，通过安装成一体的二个点焊机机头、在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹、二个点焊电源和自动点焊动力装置实现对二个焊件同时进行自动焊接作业，并通过能对二个平行电极焊头的焊接参数独立调节以保证焊接的可靠性一致性。本发明还通过对点焊机机头框架的改进实现对在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹的间隙可调，本发明为电子元器件的生产制作提供了一种全新的自动焊接设备。

Description

一体化自动显微焊接设备

技术领域

本发明涉及焊接自动化，尤其涉及一种电阻焊显微焊接的一体化自动显微焊接设备。

背景技术

中国专利局于2002年12月4日公告的CN1382557号专利，公开一种双焊头点焊机，主要针对焊头夹做出改进，目的在于优化焊接效果，而双焊头点焊机在理论上显然可以起到提高点焊效率的作用，但是，CN1382557号专利所揭示的双焊头点焊机无法对每个平行电极的电极力和焊接能量输出的各项电参数进行独立调节，因而，如何令双焊头点焊机既能提高点焊效率，又能得到更为精确的点焊效果，是业内亟待解决的问题之一。

具体而言，传统的电阻焊点焊设备都具有如下特点：一是以单个焊点进行点焊，由于大部分电子元器件都有两个引出接点需要点焊，因而，具有多个焊点的点焊机将能够提供更高的点焊效率；二，传统的电阻点时电极力的精度可达±10N，而实践中常用的电极力一般只需10N以下，所以传统技术所达到的电极力精度不能满足点焊要求。由此可见，点焊机是一种精密设备，具有多焊点的点焊机，由于其结构进一步复杂化，例如机头整体加重以及操作时动力加大等，其精度更难把握。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对电子元器件二个引脚能同时焊接的一体化自动显微焊接设备。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一体化自动显微焊接设备，其包括组装成一体的二个点焊机机头、在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹、二个点焊电源以及自动点焊动力装置；

所述安装成一体的二个点焊机机头与所述的自动点焊动力装置连接，自动点焊动力装置用于向所述二个点焊机机头提供驱动该二个点焊机机头进行同步焊接的动力；

所述二个横夹式焊头夹分别与所述的二个点焊机机头连接，所述二个点焊机机头用于将所述自动点焊动力装置提供的动力对应地传导给二个横夹式焊头夹以便该二个横夹式焊头夹同步执行焊接；

所述二个横夹式焊头夹通过电缆分别与所述的二个点焊电源电性连接，所述二个横夹式点焊电源分别为所述二个焊头夹上的平行电极焊头供电。

具体的，所述的横夹式焊头夹后部设置有与点焊机机头以孔轴安装相连接的连接孔，所述连接孔上配置有用于调节连接松紧程度和调节并排的二个横夹式焊头夹之间的间隙宽度的可调螺杆。

进一步，所述的横夹式焊头夹包括相对于机头呈前后向相夹设安装的焊头夹活动部和焊头夹固定部，在所述的焊头夹活动部和焊头夹固定部前向侧端设置有电极接口，平行电极焊头安装在所述的电极接口上。

较佳的，所述的横夹式焊头夹在对应所述电极接口的焊头夹固定部和活动部的顶端分别设置有阶梯样凸起部，所述点焊电源的二根电缆分别安装在所述的二个阶梯样凸起部上。

进一步，所述的点焊电源为逆变式次级整流滤波输出电源，所述的逆变式次级整流滤波输出电源的输出端安装有滤波电感，用于使次级电流输出的瞬间响应曲线由脉动曲线变为连续平稳的曲线。

较佳的，所述的点焊机机头包括机头框架和安装在机头框架上的焊接作用力传导装置、精确电极力预设定装置和焊接力掣断装置；

所述焊接作用力传导装置将焊接动力通过其力矩传导，把焊接力转化为电极力并传导至焊头夹；

所述精确电极力预设定装置提供可进行预设定量化电极力的设置，在其检测到电极力达到预设定的量值时，驱动点焊电源提供焊接电流；

所述的焊接力掣断装置在电极力达到预设定的量值时，阻断焊接力的力矩传导。

具体的，所述的焊接作用力传导装置包括焊接力传导结构、电极力传导结构和焊接力缓冲结构；

所述焊接力传导结构将焊接动力传导给所述电极力传导结构；所述的焊接力传导结构在焊接力导向轴的导引下通过焊接力传导体进行力矩传递；

所述电极力传导结构将其受力作为电极力传导给电极；所述的电极力传导结构在电极力导向轴的导引下通过横夹式焊头夹进行力矩传递；

所述焊接力缓冲结构用于为所述焊接力的传递过程提供缓冲作用；所述的焊接力缓冲结构包括至少一个作用于焊接力传导结构和电极力传导结构之间的压缩弹簧。

具体的，所述的精确电极力预设定装置包括电极力预设定结构和电极力电路；

所述的电极预设定结构采用追随结构或压力传感器结构，用于设置量化的电极力；

所述的电极力电路与相应的电阻焊电源电性连接以便电极力电路控制焊接电流的通断。

具体的，所述的焊接力掣断装置包括电磁铁结构和电磁铁电路；

所述的电磁铁结构包括电磁铁和吸附铁块；所述的电磁铁和吸附铁块分别安装在热压机头的固定构件和活动构件上；所述活动构件上设有使所述活动构件得以复位的复位元件；

所述的电磁铁电路分别与所述的电磁铁和电极力电路电性连接。

较佳的，所述的机头框架为塑料机头框架。安装在塑料机头框架的电极力导向轴与横夹式焊头夹之间的连接为金属与金属的直接连接。

与现有技术相比较，本发明的优点较为明显，具体表现在：

首先体现在其通过将两个机头有机的组装在一起，由同一自动点焊动力装置提供焊接动力源，由此实现两个机头在焊接时的同步联动，带动两个焊头夹同步地对两个焊点进行焊接；

其次，通过改进焊头夹的结构，使得其具有可调的功能，可以配合同步焊接操作，使两个焊头夹上的电极精确地与待焊接的电子元器件的两个引脚进行位置对准；

再者，结合精确电极力加压系统的精确点焊作用，使得整机的点焊精度提高，更适合双焊点精确焊接作业；

此外，由于两个焊头夹的松紧程度可调，因此可以通过调节两个焊头夹的松紧程度来微调最终各自输出的电极力，从而更有助于实现精确电极力输出的目的。

附图说明

图1是本发明一体化自动显微焊接设备的总体结构原理示意图。

图2是本发明一体化自动显微焊接设备的整体结构示意图。

图3是本发明安装成一体的二个点焊机机头中的任意一个的内部结构示意图，主要用于揭示所述的精确电极力加压系统的构造。

图4是本发明所采用的逆变式次级整流滤波输出电源的电气原理框图。

图5是本发明所采用的焊头夹的结构示意图，以上下并排的方式示出其侧视状态和俯视状态。

图6是本发明在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹的并排关系示意图。

具体实施方式

从整体结构，本发明可划分四部分，即安装成一体的二个点焊机机头、二个横置式横夹式焊头夹、点焊电源和自动点焊动力装置。点焊电源可以是两个点焊电源分别与二个横夹式焊头夹连接，也可以通过一个点焊电源的输出端分别与二个横夹式焊头夹连接，即两个横夹式焊头夹可以同不同的点焊电源供电，也可以由同一个点焊电源供电。由于点焊电源和自动点焊动力装置本身为本领域技术人员所掌握，故本发明不行赘述，而着重介绍安装成一体的二个点焊机机头、二个横夹式焊头夹二部分。

下面首先介绍安装成一体的二个点焊机机头部分。

为了便于充分理解本发明的内容，首先需要理解焊接力和电极力的原理与区别，以作为后续讨论的理论依据。此外，本发明还提出了“精确电极力预设定”和“精确电极力加压系统”两个概念，也一并予以前置介绍。

关于焊接力和电极力的区别：所谓焊接力，为带动相关中间机械构件和电极实施焊接操作的作用力，电极力为电极作用于焊件的作用力。焊接力驱动点焊机实施点焊作业，由一系列中间机械构件完成力矩传递后，最终作用到电极上，使电极以其电极力对焊件实施点焊，因而，相对而言，二者的区别在于焊接力的行程较电极力要长，焊接力的作用力较电极力要大。

精确电极力预设定：所谓电极力预设定是指为电极预设定其实际输出的电极力的大小，以便以该预设定的电极力导通电流实施点焊作业；而精确电极力预设定则是指以量化的形式对实际输出的电极力的大小进行预设定，并且确保实际输出的电极力与预设定的电极力在给定精度范围内保持一致，在该实际输出的电极力达到预设定量的瞬时导通电流实施点焊作业。

精确电极力加压系统：所谓电极力加压系统是指在点焊设备实施焊接的焊接时段提供电极力的相关结构的总称。而精确电极力加压系统则是确保其所提供的电极力，基于精确电极力预设定，而能满足预定的电阻焊显微焊接要求的相关结构的总称。精确电极力加压系统要求的基本效果是：在整个焊接时段，实际输出的电极力都在所述给定精度范围内维持并保持相对恒定。本发明后续提出的精确电极力加压系统，包括焊接作用力传导装置、精确电极力预设定装置和焊接力掣断装置，精确电极力加压系统通过机电一体化的协同作用、相互制约，实现在整个焊接时段，实际输出的电极力都在给定精度范围内维持并保持相对恒定。需要注意，此处“精确”一词其意指在给定精度范围内保持一致，因此，该术语的使用不应导致任何歧义。

下面结合附图1，简要说明本发明一体化自动显微焊接设备的总体结构框图。

图1示出本发明点焊设备的总体结构框架的同时，也示出了其结构原理，其中，包括点焊动力装置101、焊接力传导结构102a、102b、焊接力缓冲结构103a、103b、电极力传导结构104a、104b、精确电极力预设定装置105a、105b、焊接力掣断装置106a、106b、焊头夹和焊头107a、107b，以及被本发明的点焊设备施加电极力进行点焊的焊件108a、108b，此外，还包括点焊电源109a、109b。中实线箭头表征作用力（矩）传导关系，虚线箭头表征电流或电讯号传导关系；单箭头为单向作用，双箭头为双向作用。因此可知，图1主要是以力的作用关系与电的作用关系两条主线对本发明的点焊机加以描述。

根据图1可以知道，本发明的结构特点包括：一是本发明的一体化机头是以左右并排结构安装有精确电极力加压系统的二个点焊机机头，至于精确电极力加压系统的细节安装结构，一方面可以参阅本发明后续的实施例，另一方面则可由本领域技术人员参照本发明提供的实施例加以灵活实现；二是每个精确电极力加压系统的点焊机机头都要安装一个所述的横夹式焊头夹，两个横夹式焊头夹在同一水平位置上并排设置，同样是左右对称安装，每个焊头夹安装有一个平行电极焊头；三是两个精确电极力加压系统分别与两个点焊电源连接，每个点焊电源为一个相应的机头的精确电极力加压系统提供点焊电流；四是独立一个自动点焊设备动力装置分别与两个点焊机机头的焊接力传导结构连接，也即由同一自动焊接动力装置为两个点焊机机头提供焊接动力。所述的二个点焊机机头通过与同一自动焊接动力装置的连接而组成一体化的结构。根据上述的结构特点可知，本发明的点焊设备由同一焊接动力源驱动两个点焊机机头，作用于两个横夹式焊头夹，带动两个焊头同时分别对两个焊件进行点焊。作为两个在电控制方面相互独立的加压系统，可通过两个精确电极力加压系统分别对两个平行电极焊头进行点焊时的电极力和其它公知的电参数进行独立调节。

本发明的精确电极力加压系统的点焊机机头，如前所述，精确电极力加压系统包括焊接作用力传导装置、精确电极力预设定装置和焊接力掣断装置三部分，这三部分通过机电一体化的协同作用，相互制约，实现在整个焊接时段，实际输出的电极力都基于预设定的电极力，在给定精度范围内维持和保持相对恒定。对于“给定精度范围”中“精度范围”的理解，应理解为将实际输出的电极力与预设定的电极力相比较，其具有一个确定的误差范围，并且这个误差范围尽可能的小，该误差范围是已知的，也即“给定”的。而对于其中“给定”一词的理解，应理解为产品生产时即已经成形的，由物理结构固有的物理性能所限制的既有效果；或者，理解为在前述出厂的基础上，提供有调节机构，可由用户进行调节而进一步调整的效果。因此，所谓“给定精度范围”，在本发明的加压系统中，是明确无歧义的。

图2是本发明一体化自动显微焊接设备的立体图。

其中201为安装成一体的两个点焊机机头，精确电极力加压系统的各部件装设在该两个点焊机头的机头框架上，202为安装在该两个点焊机机头上的分别属于两个精确电极力加压系统内电极力预设定装置的电极力显示单元，203为所述的两个独立的横夹式焊头夹，外露于相应的机头而安装，204为安装在两个横夹式焊头夹上的相应的两个平行电极焊头，205为自动点焊动力装置所具有的压缩空气动力装置的气缸，由该气缸产生焊接动力源，206为所述的两个点焊电源，207为该两个点焊电源的输出电缆，两个点焊电源各通过一对输出电缆分别与两个独立的横夹式焊头夹连接。

有必要对图1中的标号101和图2中的标号205所指的自动点焊动力装置作说明。本发明提出的自动点焊动力装置既可以如本发明的实施例所提供的压缩空气动力装置，还可以是伺服电机动力装置、步进电机动力装置等任何已知的可以产生机械作用力以作用于所述焊接力传导结构的类似装置，本领域技术人员应当知晓此一变通。众所周知，压缩空气动力装置、伺服电机动力装置和步进电机动力装置也是自动点焊的动力装置，在上述的自动点焊动力装置再安装上已知的自动点焊的控制系统或X轴或Y轴的活动工作滑台，本发明的一体化电阻焊显微焊接设备就构成了自动点焊焊接设备。

下面通过一个精确电极力加压系统点焊机机头，说明安装成一体的二个点焊机机头的机头结构。

图3为安装成一体的二个点焊机机头中的一个精确电极力加压系统点焊机机头的结构示意图，另一精确电极力加压系统因与前者具有对称关系，故描述从略。下面对图3中的焊接作用力传导装置和精确电极力预设定装置作介绍。

图3中，机头框架301后端固定在立柱302上，立柱的下段则固定安装在工作台上。在机头框架301上设有与所述立柱302大致平行的、竖立安装的小轴303、中轴304以及滑轴305；还有与所述立柱302大致垂直的、横置安装的中轴夹306和滑轴夹307。中轴夹306的一端与中轴304紧固连接，中轴夹306的另一端与套设在焊接动力传导拉杆（或拉索）322上的复位弹簧321相连接以接受外部的焊接动力，该复位弹簧321一端连接中轴夹306，另一端连接套在拉杆上的支撑件；滑轴夹307的一端与滑轴305紧固连接，滑轴305可受焊接力作用上下活动，中轴304上、下两段分别设有压缩弹簧308、309，滑轴夹307被中轴304贯穿设置，在滑轴夹307被中轴304贯穿的对应位置处，滑轴夹307的上下端面分别抵触或连接所述压缩弹簧308、309；小轴303贯穿中轴夹306和滑轴夹307设置以允许中轴夹206与滑轴夹207沿小轴203滑动；此外，小轴303也分为设有压缩弹簧310、311的上、下两段，滑轴夹307被小轴303贯穿的对应位置处，其上下端面分别抵触或连接所述压缩弹簧310、311；滑轴305的下端与焊头夹312固定连接，平行电极焊头安装在焊头夹312上，点焊电源313借助输出电缆314通过焊头夹312与电极焊接相连接，并机械连接在焊头夹312上。

如图3的结构所示，本发明的焊接力传导结构包括实现了既定安装结构的所述小轴303、中轴304、中轴夹306、滑轴夹307；本发明的电极力传导结构包括实现了既定安装结构的滑轴305和焊头夹312；本发明的焊接力缓冲结构则包括分别安装在中轴304和小轴303上的第一组压缩弹簧308、309和第二组压缩弹簧310、311。从各部件所实现的功能而论，所述小轴303、中轴304为焊接（动）力的导向轴，中轴夹306和滑轴夹307为焊接力的传导体，小轴303、滑轴305是电极力的导向轴，焊头夹312为电极力的传导体。上述焊接力传导结构、电极力传导结构和焊接力缓冲结构三部分的构件及其有机构造，构成了本发明所述的焊接作用力传导装置。

有必要对焊接力缓冲结构进一步说明。从本实施例的结构可以知晓，焊接力缓冲结构的实质是指安装在焊接力传导结构和电极力传导结构之间的压缩弹簧，其作用包括把焊接力柔和地传递到电极力传导结构及当焊接力被掣断时，焊接力仍能在压缩弹簧的作用下随动维持，也就是说，通过在上述力矩传递路径中设置用于缓冲力矩传递的结构，使力的传递更为柔和，即构成本发明的焊接力缓冲结构。所以，基于本实施相同的原理，本领域技术人员应当知晓，焊接力缓冲结构的具体实现方式可以有多种多样，例如可以改进本实施例，使焊接力缓冲结构只保留其中一组弹簧组合，或者，在焊接力传导结构与电极力传导结构之间只设置一根压缩弹簧（如小轴303上部中轴夹306与中部滑轴夹307之间设置压缩弹簧，省略其它三个压缩弹簧），如此种种，均属于本发明提出的焊接力缓冲结构，落入本发明的保护范畴。

在图3的结构中，压缩弹簧308、309当其内置于中轴时，能起到如前所述的缓冲作用，可以视为焊接力缓冲结构的一部分，但是，从另一个功能视角来观察，则其进一步起到了电极力预设定过程所需的追随结构的作用。具体而言，在中轴304内上下两段安装有压缩弹簧308、309进一步形成了本发明的电极力预设定结构315，配合该电极力预设定结构315，本发明在机头框架301的前端安装有与前所述的电极力显示单元相连接的电极力电路316，该电极力预设定结构和电极力电路构成了本发明的精确电极力预设定装置。在电极力预设定结构中，上下两段压缩弹簧308、309在出厂时，其弹性系数既定，其回释力对外力的反作用也是既定的，充分利用这一特性便有利于确定前述的“给定精度范围”，当然，如要在使用过程中修改该给定精度范围，可以通过在中轴304任意一端设置调节螺钉以修改压缩弹簧的伸展状态来实现。

如前所述，精确电极力预设定装置包括电极力预设定结构和电极力电路，电极力预设定结构除了采用如图3所示的追随结构实现之外，还可以采用压力传感器结构实现，电极力电路则与点焊电源电性连接。

需要加以说明的是，所述的压缩弹簧308、309在上述实施例中起到非常巧妙的作用，其既可起到焊接力缓冲结构的作用，还起到电极力预设定结构的作用。并且依据前述关于焊接力缓冲结构和电极力预设定结构所揭示的多种变化实例来分析，压缩弹簧308、309对该两个结构而言均非必须的实现方式，可在某些实施例中被替代，然而，采用压缩弹簧308、309则可同时实现该两个结构，明显是更优的方案。本领域技术人员对此应有明确的认知。

下面再结合图3介绍本发明焊接力掣断装置的结构。

焊接力掣断装置包括电磁铁结构和用于驱动电磁铁结构工作的电磁铁电路，电磁铁结构包括电磁铁和吸附铁块，电磁铁和吸附铁块分别安装在点焊机机头的固定构件和活动构件上，电磁铁电路与精确电极力预设定装置的电极力电路电性连接。

电磁铁电路导通时，驱动电磁铁结构中的电磁铁对所述吸附铁块进行吸附。需要说明的是，为了实现工作循环，电磁铁结构必须具有复位构件，复位构件是指当电磁铁电路断开时，被电磁铁吸附的吸附铁块回复到原来位置的构件。有关复位构件可以多种，采用诸如拉伸弹簧、极性与电磁铁相反的永磁铁等可以协助被吸附的活动构件复位的公知构造即可，因为本领域技术人员所应知晓，恕不赘述。

附图3是电磁铁、吸附铁块分别安装在点焊机机头的固定构件和活动构件上的结构示意图。如图3中所示，在机头框架301的上边框安装有电磁铁317，邻近电磁铁的吸附面上安装有吸附铁块318，在中轴304和滑轴305的上端安装有复位构件319，吸附铁块318与复位构件319借助轴销320进行连接。

由于中轴304属于活动构件，中轴304在运动过程中，一旦其上的吸附铁块被电磁铁所吸附，中轴304便在焊接力传递过程中发挥阻碍作用，从而起到掣断效果。而一旦电磁铁电路断开，使电磁铁失磁，则中轴304上的复位构件319便复位而迫使中轴304所受外力撤除而复位，恢复中轴304的正常受力环境。

如前所述，本发明把点焊机机头的结构划分为活动构件和固定构件，并不局限于如前对机头框架的上边框和对中轴304这两个部件的理解，实际上，本领域技术人员可以由本发明的描述知晓，本发明所称的活动构件包括中轴夹、中轴、小轴、滑轴夹、滑轴等活动件；固定构件包括机头框架等相对与上述活动构件固定不动的构件。任何固定构件或活动构件，均可由本领域技术人员依据常规设计原理被设计成与所述的电磁铁和吸附磁铁以及复位元件相配合，而不受现有结构的限制。

有必要对本发明的精确电极力加压系统下述三点结构特征进行总结：

（1）机电一体化的结构特点：

根据精确电极力加压系统的总体设计，本发明所述的精确电极力加压系统包括了焊接力传导结构、焊接力缓冲结构、电极力传导结构、电磁铁结构、电磁铁电路，精确电极力预设定结构和电极力电路组成的机电一体化的加压系统，在整个精确电极力加压系统中，电极预设定结构通过其弹簧结构起到预先限定电极力的控制效果的作用，利用与电极力电路相连接的电极力显示单元和相应输入按键，设定量化的电极力，电极力电路便以此起到很重要的控制作用。当要对工件进行焊接时，首先在精确电极力预设定装置上，通过电极力电路提供的输入接口和电极力显示单元，以量化的方式输入欲预设定的所需的电极力，然后，作业时，焊接动力源向焊接力传导体提供焊接力，当电极力电路通过自身的检测电路检测到焊接力达到预设定值时，电极力电路一方面向焊接电源发出指令，导通点焊电源，以便进一步导通电极提供焊接电流进行点焊，另一方面还向电磁铁电路发出指令使电磁铁导通以吸附所述吸附铁块，电磁铁结构即对焊接力传导结构进行掣动，阻止力矩传导以阻止过大的焊接力作用于电极。由此可见，通过精确电极力预设定装置中的电极力电路以量化的形式预设定所需的电极力，然后由焊接作用力传导装置将焊接力转化为电极力并传导到电极以便最终产生实际输出的电极力，在力矩传输的过程中，受精确电极力预设定装置中的电极力预设定结构的预先制约，且在达到预设定电极力时，进一步受精确电极力预设定装置的电极力电路的控制，驱动所述焊接力掣断装置的电磁铁与吸附磁铁产生掣动效果，从而阻止电极力的继续增大，如不考虑物理误差，则此时实际输出的电极力应与预设定的电极力精确一致，达到精确电极力预设定并生效的效果。因考虑物理误差，则可在出厂时依照给定精度范围设计产品，使用时，上述过程中，最终实际输出的电极力与预设定的电极力两者之间在大小上始终保持在给定精度范围内，自然也可视为实现了精确的电极力控制效果。

（2）焊接力掣断装置的结构特征：

电阻焊显微焊接的焊件一般小于0.10mm，一方面本发明采用不受焊件高度差影响的焊接力掣动装置，现有技术的掣动都是采用行程限位的结构，比如现有技术掣动精度最好的伺服电机，其对行程限位精度小于0.01mm，但往往也不能满足电阻焊显微焊接的要求，原因在于被焊工件的高度差达0.03mm的情况十分普遍，伺服电机以行程限位对工件的误差毫无办法，本发明以点焊电源的触发信号同时触发电磁铁的工作讯号，因此本发明的掣动就完全不受焊件高度差的影响。当点焊操作完成之后，电极力电路断开点焊电源所提供的点焊电流，同时指令焊接力掣断装置恢复原状，即完成一次点焊过程。

（3）电极力缓冲结构的结构特征：

有关焊接力缓冲结构的作用原理看似简单，但也是精确电极力加压系统的重要构成。电阻焊显微焊接的整个点焊时段，都须要依靠精确数值的电极力的维持并且该电极力的大小和作用时间的相对恒定，由于电阻焊点焊过程处于完全封闭无法观测状态，点焊过程包括了电、热、力、多变量的耦合作用，这些耦合作用又是高度非线性，焊件处于先受热膨胀后又被软化压扁的极短的形核过程，可以设想，如果没有焊接力缓冲结构的随动维持，就会出现当焊件膨胀时电极力随之增加，当焊件被压扁时电极力随之减少，当焊接力被掣动时电极力随之消失。本发明机电一体化的精确电极力加压系统正是通过精确电极力预设定装置结合焊接力掣动装置和焊接力缓冲结构的协同作用、相互制约，实现在整个点焊时段，电极力都在预设定范围（给定精度范围）维持和相对恒定，较好地解决了电阻焊显微焊接的技术难题。

图3还示出了本发明点焊机的机头框架，本发明中对机头框架亦做出一些改进，有必要对机头框架的发明内容作进一步说明。

现有技术的机头框架都是采用金属机头框架，为了保证点焊的精确，电阻焊点焊对焊头的垂直度和径向摆动都有严格的要求，否则焊接时就很容易出现焊接失稳或焊件滑移，这方面对本发明来说难度更大，原因在于，一是本发明往往用于点焊如漆包线之类通常呈圆柱形的线材，这些线材更容易滑移，二是本发明主要采用平行间隙的单面焊，二个电极都安装在同一焊头夹上，由于焊头夹和滑轴都由金属制造，所以焊头夹与机头框架的滑轴之间须加绝缘材料间隔才能连接，这样就很容易影响焊头的垂直度，特别是如果用户自行调节，对焊头的垂直度更是无法控制，如何保证焊头夹的垂直度和减少径向摆动是进一步提高焊接质量的重要技术内容。

本发明中，摆脱惯性思维，以塑料制造机头框架，取代原先金属机头框架。由于塑料机头框架以模具生产，大大提高了加工精度，不但可以减小滑轴的径向摆动程度，更重要的是，采用塑料机头框架，滑轴与焊头夹的连接就可以以金属与金属进行直接连接，而不需要绝缘材料间隔，这对提高和保证焊头夹的垂直度具有十分重要的实际意义。进一步，采用金属机头框架还会影响两个焊头夹间距的调节，使其不能实现可调结构，本发明采用塑料机头框架，由于滑轴与焊头夹能够直接连接而不再需要以绝缘材料间隔，就可以在焊头夹与滑轴连接部的左右两侧和/或前后两侧设置可调螺杆，即可调螺杆沿滑轴的径向将焊头夹与滑轴相连接，由此可通过可调螺杆实现对两个对称焊头夹的间隔可调，与此同时也可实现对焊头夹与滑轴之间的连接的松紧程度的调节，从而满足对不同电子元件二个引出接点间隔不同的调节需要。

需要指出本发明提出塑料机头框架结构的重要性，需知机头框架只有以绝缘材料制造才能实现其与焊头夹之间的连接为以金属与金属间的直接连接，才能解决二个横夹式焊头夹间隙可调的技术难题。

下面结合附图4介绍本发明电阻焊电源部分的内容。

图4为本发明逆变式次级整流滤波输出电源的电气框图，其中401为三相整流桥，402为逆变桥、403为电流传感器、404为驱动及控制电路，405为阻焊变压器，406为大功率整流桥，407为输出电流作用于焊件，408为滤波电感L。

本发明提出的逆变式次级整流滤波输出电源为输出功率5000VA以下，如图4所示，逆变式次级整流滤波输出电源400通过在电阻焊电源的输出端安装滤波电感L408，滤波电感L的电感值在30–50uH，使次级电流输出的瞬间响应曲线由脉动曲线变为连续平稳的曲线，因而实现能量输出精度±1.0J，同时满足本发明热压电阻焊显微焊接设备对焊接能量和对能量精度的要求。

传统的逆变式次级整流滤波输出电源电气框图，如图4中的401－407所示，在以小功率输出时，电阻焊电源的次级回路主要呈阻性，电感量很小，造成次级电流输出波动很大，电流输出波形几乎呈脉动式，因而能量输出精度难以控制，在对微型工件的焊接很容易出现熔毁工件或焊接不牢。为了改变逆变电源脉动式的电流输出波形，本领域的技术人员主要考虑如何增加逆变频率，要大幅度增加逆变频率必然要改进阻焊变压器的设计及减少回路损耗，因而难度极大。本发明提出电阻焊电源的输出端安装滤波电感L，增加了电流回路损耗，这在本领域可以说是逆向思维，但对小功率的逆变式电阻焊电源，从作用原理和实际效果，其电流的输出变得十分平稳。本发明逆变式次级整流滤波输出电源的结构简单易行，收到令人意想不到的技术效果。

下面接着介绍本发明提出的横夹式焊头夹，焊头夹大致呈块状，其相对于操作员呈横置的方式安装于机头滑轴上。

首先需要了解有关焊头夹的背景技术。

电阻焊点焊必须保证加压消压迅速灵活。当完成一次焊接后，机头的复位弹簧等结构有助于消压，使焊接行程回复原位，以便进入下一次焊接操作。要保证点焊机进行这种往返的点焊操作时的加压、消压达到迅速灵活的效果，除了点焊机机头的结构外，对于在焊头夹上的输出电缆是否影响加压消压也至关重要。由于电阻焊显微焊接采用低电压大电流的方式，输出电缆都比较粗大，一般都在φ10mm以上，但为了便于操作，焊头夹又要求十分小巧，焊头夹前端的宽度只有约30mm左右。另外为了保证输出能量的精确，还需要在靠近二个电极的焊头夹上安装二根反馈线采集反馈信号，要在一个不大的焊头夹上安装二根粗大的输出电缆和安装二根反馈线，采用专利（ZL01114831.4）的点电焊焊头夹，不能满足对点焊加压消压迅速灵活的要求，特别是在焊接小线径工件时，往往会因电极力的不稳定而影响焊接质量，传统技术同样也没有满意的技术方案或结构。

上述的精确电极力加压系统的点焊机头只能保证在当次焊接时电极力保持恒定，为了实现在连续焊接时每一次焊接的电极力也要保持不变，就有必要进一步审视安装在焊头夹上的二根输出电缆，如果安装在焊头夹上的输出电缆影响电极力的加压消压，也不利于提供精确的电极力，现有技术的焊头夹对此没有进行考虑。

本发明有意于提供一种有利于使焊接的电极力保持均匀一致的焊头夹，由于每个电子元器件二个引脚（焊点）的间距不一且间距很小，本发明也有意于提供在同一水平位置并排设置、间隙可调的二个横夹式焊头夹。

在这里首先要说明焊头夹只能以本发明在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹结构才能满足二个焊件间距很小的焊接要求。

传统的焊头夹通常包括一个固定部和一个活动部，两部分平时可开合安装，由固定部与机头的滑轴相锁紧实现与机头的固定连接，平时夹持平行电极焊头，在需要更换、安装平行电极焊头时，将固定部与活动部相分离。这种焊头夹的固定部和活动部是分居机头的左、右相夹设成形的，也即分居于操作员的左、右两侧相夹设形成。以机头面向并连至操作员正面的连线为纵向，即面对操作员，与操作员前方的机头前、后两侧形成的方向（靠近操作员的一侧为前向，远离操作员的一侧为后向）；以操作员双眼的连线为横向，即机头（操作员）左、右两侧连线形成的方向。传统的焊头夹的固定部与活动部所形成的夹缝便是平行于该纵向而垂直于该横向的，因而，传统的这种焊头夹被定义为纵夹式焊头夹，不同于本发明中使固定部与活动部形成的夹缝平行于该横向的横夹式焊头夹。

本发明提出的横夹式焊头夹的结构，把电极接口设置在焊头夹的前向侧端，有利于暴露焊件和进行焊接作业；本发明还提出阶梯样焊头夹的结构，通过在焊头夹活动部和焊头夹固定部的毗邻电极接口的顶端分别设置有阶梯样凸起，把二根粗大的输出电缆越过滑轴两侧骑跨在焊头夹上方安装，实现点焊加压消压迅速灵活，为每一次焊接电极力都能保持不变提供了保证；另外，本发明还进一步把二条反馈线套在输出电缆的绝缘外套内，其引出端与输出电缆引出端连接并共用同一端头，不但在外观上减少了二根反馈线，在焊头夹上又减少了二个接线端头及接线螺丝，该结构也有助于加压消压的迅速灵活。

下面结合附图5作进一步说明。

如图5所示，本发明一种横夹式焊头夹500由二块导电性能良好的铜金属材料分别加工成焊头夹固定部501和焊头夹活动部502，在焊头夹固定部501上有与机头滑轴503相连接的连接孔504，焊头夹固定部501通过该连接孔504紧固在机头滑轴503上；焊头夹活动部502置于面向操作者的横向前端处，通过可调螺杆505和塑料活动定位梢506与焊头夹固定部501相夹设组装，使焊头夹活动部502相对于焊头夹固定部501可作前后向的开合运动，平时将该活动部502与固定部501相锁紧，需要更换或安装平行电极焊头时则通过调节可调螺杆505进行操作。由于呈立方体的机头大致呈扁平盒体状，其扁平的厚度延伸方向与操作员视线的横向相平行设置，其竖直的纵长延伸方向与操作员的视线的横向呈相平行而正交设置，而其水平的纵长延伸方向与操作员的视线的横向呈相垂直设置，在该水平的纵长延伸方向上，靠近操作员的一侧为其前向，远离操作员的一侧为其后向，而滑轴503相对置于热压机头的前向部分，横夹式焊头夹500安装在滑轴503上之后，相对于焊头夹503自身而言，所述的焊头夹固定部501相对置于后部，即相对靠近热压机头的后向，相对远离操作者；而所述焊头夹活动部502相对置于前端，即相对靠近热压机头的前向，更接近操作者。由此，由活动部502和固定部501所构成的夹缝也就横置于热压机头的前向，大致平行于操作员的双眼连线。所述的电极接口，在活动部502与固定部501的相应位置各设凹口进行对接形成，因此，当电极接口夹设平行电极焊头时，活动部502与固定部501各连接平行电极焊头的一个电极，而平行电极焊头的两个电极之间形成的隔缝，也同理横置于热压机头的前向。由此，将本发明焊头夹定义为横夹式焊头夹，其区别于传统焊头夹之处，在效果上主要体现在平行电极焊头被活动部和固定部分别相对于热压机头呈前后向相向夹设。

为了使焊头夹固定部501与机头滑轴的固定能够实现左右方向可调，如前所述，连接孔504大致呈长方形结构，在长方形的四个侧边各设置有贯穿固定部501的横向设置的可调螺丝507，通过各可调螺丝507向内攻紧，可锁紧滑轴，而通过调节不同可调螺丝507的锁入的长度，则可调节滑轴相对于连接孔504的偏心位置，从而实现两个焊头夹间距可调，而由于焊头夹于前身横置夹设电极接口，故更换或安装电极焊头时也必然不会与焊头夹和滑轴之间的安装关系的调节构成冲突。为了便于暴露焊件和进行焊接作业，在焊头夹固定部501和焊头夹活动部502之间的前向侧端设置电极接口508，该前侧端与所述滑轴与焊头夹的连接孔504相远离。电极接口508的形成，由焊头夹固定部501和焊头夹活动部502共同配合实现，具体是在彼此相向安装的侧边上各设置一相向凹口，通过两个凹口的共同配合构成一通孔，由此形成电极接口508。

为了保证每一次焊接作业电极力都均匀一致，本发明对焊头夹采用阶梯样设计，其结构为在毗邻电极接口508的焊头固定部501和焊头夹活动部502的顶端分别设置有阶梯样凸起部509、510，二根输出电缆511、512通过电缆端头安装在上述的阶梯样凸起部上，实现电阻焊电源与阶梯样焊头夹的电性连接，反馈线513、514一并套在输出电缆的绝缘套管内，并焊接在电缆端头上，平行电极焊头515安装在电极接口508上，这样二根输出电缆和反馈线就越过滑轴两则以骑跨方式在阶梯样焊头夹顶端安装。

需要说明，显微焊接对焊头夹安装的垂直度和可靠性要求很高，现有的焊头夹与机头滑轴的连接都是采用以1－3个锁定螺丝连接固定，这种连接只是通过以“点”固定，很难保证连接后焊头夹的垂直度，本发明提出的焊头夹固定部与机头滑轴的连接为采用多个调节螺钉进行锁紧的结构，形成“面”的“立体”的连接，因而对连接后焊头夹的垂直度和可靠性有大大改善的作用。

下面分析本发明与专利号（ZL011148314）的点焊机焊头夹的不同结构，在进行点焊时输出电缆对电极力的影响。

以专利（ZL011148314）的方式把输出电缆安装在焊头夹的两侧，输出电缆与焊头夹的连接分别会出现向下偏移、向上偏移或没有偏移的三种情况。由于输出电缆弯曲时肯定会有一个的弹力，如果输出电缆与焊头夹的连接向下偏移，就会影响点焊的加压；而输出电缆的连接向上偏移，就会影响其消压。即使是输出电缆的安装没有偏移，由于输出电缆置于滑轴的后面，粗大的输出电缆的自重使后段电缆出现弯曲和对焊头产生牵拉，进而影响加压消压和影响电极力的精确。

本发明的焊头夹是把输出电缆越过滑轴两侧在焊头夹上方安装，不但保证了输出电缆连接在焊头夹的位置是没有偏移的大致水平位置（相对于电阻焊电源的引线高度而言），减少了电缆弯曲变形的弹力对电极力的影响，而且，滑轴为焊接作用力传导结构的主轴，输出电缆越过滑轴的两侧安装在焊头夹的上方，还可保证该段电缆与焊头夹彼此保持在同一水平走向，大大减少电缆弯曲所产生牵拉力。在进行焊接操作时，滑轴带动在水平方向的电缆与焊头夹一起做很短行程的往返运动，输出电缆对电极力的影响只剩下电缆的自重，电缆的自重和焊头夹的自重一样，都可以被机头的复位弹簧所克服，因而对电极力产生的影响很小。

需要指出的是，图中的阶梯样焊头夹只是实施输出电缆越过滑轴两侧骑跨在焊头夹上方安装的结构之一。具电缆接口的阶梯凸起部既可以与焊头夹为不分离的同一块金属整体加工而成，阶梯凸起部也可以与焊头夹为二块分离的金属块，另外加工二个小金属块衬垫在电缆端头的下方，再以紧固螺丝把输出电缆连接在焊头夹的前上方，这些结构属于阶梯样焊头夹的等同结构，属于把输出电缆越过滑轴两侧骑跨在焊头夹上方安装的等同结构。

所述的二个焊头夹为左右对称的、电极接口在同一水平位置并排设置的二个焊头夹。

下面再结合图6对在同一水平位置并排设置的二个焊头夹进行说明。

二个横夹式焊头夹500A、500B为在同一水平位置并排设置的焊头夹，二个电极接口503A、503B也因此在同一水平位置并排设置，由于二个方形连接孔509A、509B的四周都设置有可调的锁紧镙丝，这样只要把所述的二根滑轴的连接端做成与方形连接孔509A、509B相适配方形端头，即可通过调节4个可调锁紧螺丝，实现对二个横夹式焊头夹在左右方向上的位移可调和松紧可调，或在前后方向的位移可调和松紧可调。

综上所述，本发明的一体化自动显微焊接设备，由同一自动点焊动力装置提供动力，传动两个机头进行同步点焊，其结构可靠，控制精密，具有较强的实用效果。

Claims (11)

1.一种一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的一体化自动显微焊接设备包括组装成一体的二个点焊机机头、在同一水平位置并排设置的二个横夹式焊头夹、二个点焊电源以及自动点焊动力装置；

所述安装成一体的二个点焊机机头与所述的自动点焊动力装置连接，自动点焊动力装置用于向所述二个点焊机机头提供驱动该二个点焊机机头进行同步焊接的动力；

所述二个横夹式焊头夹分别与所述的二个点焊机机头连接，所述二个点焊机机头用于将所述自动点焊动力装置提供的动力对应地传导给二个横夹式焊头夹以便该二个横夹式焊头夹同步执行焊接；

所述二个横夹式焊头夹通过电缆分别与所述的二个点焊电源电性连接，所述二个点焊电源分别为所述二个横夹式焊头夹上的平行电极焊头供电。

2.根据权利要求1所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的横夹式焊头夹后部设置有与点焊机机头以孔轴安装相连接的连接孔，所述连接孔上配置有用于调节连接松紧程度和调节并排的二个横夹式焊头夹之间的间隙宽度的可调螺杆。

3.根据权利要求1所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的横夹式焊头夹包括相对于机头呈前后向相夹设安装的焊头夹活动部和焊头夹固定部，在所述的焊头夹活动部和焊头夹固定部前向侧端设置有电极接口，平行电极焊头安装在所述的电极接口上。

4.根据权利要求3所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的横夹式焊头夹在对应所述电极接口的焊头夹固定部和活动部的顶端分别设置有阶梯样凸起部，所述点焊电源的二根电缆分别安装在所述的二个阶梯样凸起部上。

5.根据权利要求1所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的点焊电源为逆变式次级整流滤波输出电源，所述的逆变式次级整流滤波输出电源的输出端安装有滤波电感，用于使次级电流输出的瞬间响应曲线由脉动曲线变为连续平稳的曲线。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的点焊机机头包括机头框架和安装在机头框架上的焊接作用力传导装置、精确电极力预设定装置和焊接力掣断装置；

所述焊接作用力传导装置将焊接动力通过其力矩传导，把焊接力转化为电极力并传导至焊头夹；

所述精确电极力预设定装置提供可进行预设定量化电极力的设置，在其检测到电极力达到预设定的量值时，驱动点焊电源提供焊接电流；

所述的焊接力掣断装置在电极力达到预设定的量值时，阻断焊接力的力矩传导。

7.根据权利要求6所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于，

所述的焊接作用力传导装置包括焊接力传导结构、电极力传导结构和焊接力缓冲结构；

所述焊接力传导结构将焊接动力传导给所述电极力传导结构；所述的焊接力传导结构在焊接力导向轴的导引下通过焊接力传导体进行力矩传递；

所述电极力传导结构将其受力作为电极力传导给电极；所述的电极力传导结构在电极力导向轴的导引下通过横夹式焊头夹进行力矩传递；

所述焊接力缓冲结构用于为所述焊接力的传递过程提供缓冲作用；所述的焊接力缓冲结构包括至少一个作用于焊接力传导结构和电极力传导结构之间的压缩弹簧。

8.根据权利要求7所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的精确电极力预设定装置包括电极力预设定结构和电极力电路；

所述的电极预设定结构采用追随结构或压力传感器结构，用于设置量化的电极力；

所述的电极力电路与相应的电阻焊电源电性连接以便电极力电路控制焊接电流的通断。

9.根据权利要求8所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的焊接力掣断装置包括电磁铁结构和电磁铁电路；

所述的电磁铁结构包括电磁铁和吸附铁块；所述的电磁铁和吸附铁块分别安装在热压机头的固定构件和活动构件上；所述活动构件上设有使所述活动构件得以复位的复位元件；

所述的电磁铁电路分别与所述的电磁铁和电极力电路电性连接。

10.根据权利要求7所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

所述的机头框架为塑料机头框架。

11.根据权利要求10所述的一体化自动显微焊接设备，其特征在于：

安装在塑料机头框架的电极力导向轴与横夹式焊头夹之间的连接为金属与金属的直接连接。

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