CN106112176B - 一种全自动激光焊接机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全自动激光焊接机，包括用于夹持线缆的治具、用于传送所述治具的输送线、以及至少一个焊接工位，所述焊接工位包括用于实现所述治具在输送线上取放的阻挡顶升模组和移位模组、用于放置PCB板的PCB板夹持装置、以及用于完成PCB板和线缆间焊接的激光焊接模组，PCB板通过取料机械手从PCB萃盘移动到PCB板夹持装置中，所述治具和PCB板夹持装置间通过对位连接结构实现对位连接，并通过相机拍照配合机械动作以确保PCB板上的多个焊盘与线缆的多根线芯间一一对应。该焊接机实现了自动化高速焊接，对位精度高，焊接质量好，有效降低了人工成本和次品率。

Description

一种全自动激光焊接机
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体地，涉及一种全自动激光焊接机。
背景技术
要完成对SFP(Small Form-factor Pluggable，光电信号转换模块)和线材的组装，其关键步骤在于线缆和PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)间的焊接。由于焊接时需要将线缆中的多根线芯与PCB板上的多个焊盘间精确对准，而焊盘的间距仅为1～2mm，因此对PCB板的定位精度要求非常高。现有方法是采用人工装配的方法将PCB板和线缆固定在同一个治具上，并使线芯与焊盘间一一对齐，完成焊接后再打开治具并更换材料，不仅工序繁琐、费时费力，而且对位的精度也不高，毕竟很难用肉眼去确认每一个PCB板位置的正确性；加之传统的热压焊接工艺对焊盘间距和线芯的引脚长度都有一定要求，焊盘间距不能过小，否则焊接后可能会造成短路，降低良品率，引脚长度也不能过短，否则压接面积太小、压头下压时应力较集中，可能会压伤线芯。
中国专利CN201510143906公开了一种连接器的装配焊接工艺，其包括如下步骤：a)将焊盘夹套置在连接器主体设置有PCB板的一端上并卡合固定，此时，所述PCB板上的焊盘与所述焊盘夹上的开口部相重合；b)将线夹套置在所述焊盘夹的凸部上过盈固定，此时，所述线夹上的线槽与所述焊盘夹上的开口部相对接并位于同一直线上，所述线夹靠近所述焊盘夹的一端面与所述焊盘夹设置有所述凸部的一端面相贴合；c)将线材的芯线依次通过所述线槽和所述开口部后与所述焊盘焊接固定。上述发明通过设置相卡合的线夹和焊盘夹使线材中的芯线与连接器上焊盘一一对应，便于焊接且避免芯线间的相互缠绕，焊接质量好、效率高、美观大方；但是该装置在完成焊接后无法拆卸，增加了生产成本，而且该装置的加工精度要求高，一旦线夹和焊盘夹间出现了对位错误就无法进行二次调整，另外其不适用于较小的PCB板。
中国专利CN201520984411公开了一种自动焊接机，其包括多个可供所述PCB安装的工作台和竖直设置的立柱，所述立柱上部设有延伸于各所述工作台上方的第一滑轨，所述第一滑轨上活动安装有焊接结构，所述焊接结构包括竖直设置的第二滑轨和滑动安装于所述第二滑轨上的第一滑块，所述第一滑块上设有用于焊接所述PCB的焊接头。上述发明通过设置滚轮和滑轨结构实现PCB和焊接头的移动，焊接作业区域小，无需人工操作，功耗和环境影响小；但是该焊接机完全不适用于对线缆和PCB间的焊接管工艺，也无法解决该工艺目前存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可精确、高速地完成PCB板和线缆间焊接的焊接机，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种全自动激光焊接机，用于焊接PCB板和线缆，其包括用于夹持线缆的治具、用于传送所述治具的输送线、以及至少一个焊接工位，所述焊接工位包括用于实现所述治具在输送线上取放的阻挡顶升模组和移位模组、用于放置PCB板的PCB板夹持装置、以及用于完成PCB板和线缆间焊接的激光焊接模组；焊接前所述治具由所述阻挡顶升模组从输送线上取出并在所述移位模组的带动下移动，至所述治具和PCB板夹持装置间通过对位连接结构实现对位连接，此时治具上的线缆进入待焊状态；
同时PCB板通过取料机械手从PCB萃盘移动到所述PCB板夹持装置中，所述取料机械手包括可旋转的真空吸盘和与电脑连接的取料相机，所述取料相机用于拍摄PCB萃盘上的PCB板的图像，其与所述真空吸盘共同作用以确保被吸取的PCB板以准确的方向放置到PCB板夹持装置上；所述PCB板夹持装置上设置有与电脑连接的伺服电机，所述伺服电机用于调节PCB板在PCB板夹持装置上的位置；所述激光焊接模组包括激光头和与电脑连接的焊接相机，所述焊接相机用于拍摄焊盘处和线芯处的图像，其与所述伺服电机共同作用以确保焊接前PCB板上的多个焊盘与线缆的多根线芯间一一对应，此时PCB板夹持装置上的PCB板进入待焊状态。
根据上述的全自动激光焊接机，其焊接过程如下：
夹持有线缆且已完成线芯理线工作的治具通过输送线传送到等待的焊接工位，通过阻挡顶升模组阻拦所述治具的继续运动，并在移位模组的带动下将所述治具与PCB板夹持装置对位连接，同时，取料机械手将PCB板从PCB萃盘移动到所述PCB板夹持装置中，通过相机拍照配合机械动作使PCB板上的焊盘与线缆中的线芯一一对应，移动激光焊接模组并完成焊接工作，所述治具通过所述移位模组沿原路径返回到输送线上，并带着焊接在一起的PCB板和线缆继续传送到下一个工位。
在上料之前，所述取料相机要对PCB萃盘中的PCB板拍照，通过电脑对图像的检测分析来判断该位置的PCB板是否存在漏放或正反面放错的情况(有焊盘的一面应朝上)，若有则控制所述取料机械手跳过该位置，并移动到下一取料位再进行拍照和判定，若无则吸取该PCB板；如果不存在上述错误但是发现PCB板首尾的朝向相反，则由所述真空吸盘吸取该PCB板并在移动的同时旋转一定角度，使放置在PCB板夹持装置中的PCB板的焊盘朝向线缆的线芯。
在焊接作业之前，所述焊接相机要对PCB板和线缆拍照，通过电脑对图像的检测分析来判断二者间的相对位置，若发现焊盘位置与线缆的多根线芯间没有一一对应，则通过所述伺服电机对PCB板的位置进行移动，从而保证每个焊盘与线芯的精准对位，以确保焊接质量，所述伺服电机的位置调整精度可达0.001mm。
优选地，所述阻挡顶升模组包括用于阻挡所述治具在所述输送线上继续运动的阻挡气缸、用于将所述治具顶升起来的多个销钉、以及用于带动所述销钉动作的顶升气缸，所述阻挡气缸的挡杆可自由回缩以确保其他治具的顺利通过。
优选地，所述治具包括用于固定线缆端头位置的线头固定座、以及用于防止线缆其余部分掉落的线圈固定夹；在所述线头固定座上开有多个用于容置单独线芯的线槽，所述线圈固定夹可滑动设置于所述治具上，且可根据线缆围成线圈的大小调节各线圈固定夹间的距离，以确保线缆被牢牢固定在所述治具上，在所述治具底部还开有多个与所述销钉位置对应的锥形孔。该锥形孔的形状设计有利于提高所述治具在顶升时位置的容错率，即使所述治具在传送过程中发生了细微的位置偏移，在顶升的过程中，所述销钉也能沿着斜面将所述治具的位置导正。
优选地，所述移位模组包括用于固定所述治具的夹爪、以及用于带动所述夹爪动作的升降机构和平移滑台。
优选地，所述移位模组还包括用于阻挡所述治具向上滑动的弹簧顶销，所述弹簧顶销设置于所述治具的上方，且包括多个长度相等的弹簧以及设置于所述弹簧底端的挡块。由于PCB板受到了所述销钉的顶升力以及所述夹爪向内的挤压力，在移动和焊接的过程中容易产生向上的位移，影响PCB板和线缆的对位连接和焊接质量，因此要确保PCB板始终位于同一水平面上。
优选地，所述PCB板夹持装置还包括用于放置PCB板的载板、以及设置于所述载板两侧且用于固定PCB板位置的固定夹。
优选地，所述激光焊接模组还包括升降台和水平滑座，二者均用于调节所述激光头和焊接相机的高度及水平位置。
优选地，所述取料机械手还包括固定座、以及可绕所述固定座水平转动的旋转臂，所述真空吸盘和取料相机设置于所述旋转臂上。
优选地，所述PCB萃盘上开有多个用于容置PCB板的凹槽，且所述凹槽边缘设置有防呆缺口以保证PCB板放置的一致性。
优选地，所述对位连接结构包括设置在所述治具上的定位孔或销以及设置在所述PCB板夹持装置上的定位销或孔。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、所述全自动激光焊接机采用激光焊接，可将焊接作业点聚焦在很小的区域内，可实现对小型且焊盘距离极近的PCB板的焊接，尤其适用于SPF和线材间的焊接。
2、所述全自动激光焊接机采用相机拍照和电脑分析的方式对整个焊接流程进行监控和实时调整，具有强力纠错功能，提高了作业的精度和质量，保证了焊接的效果，提高了产品的良品率。
3、所述全自动激光焊接机通过自动化高速焊接，大大降低了治具和人工成本，同时减少了人工误差，保证了焊接的质量和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明优选实施例的全自动激光焊接机的结构示意图(俯视视角)；
图2是图1所示实施例中治具与阻挡顶升模组的结构示意图；
图3是图1所示实施例中移位模组的结构示意图；
图4是图1所示实施例中PCB板夹持装置的结构示意图；
图5是图1所示实施例中激光焊接模组的结构示意图；
图6是图1所示实施例中取料机械手的结构示意图；
图7是图1所示实施例中PCB萃盘的结构示意图；
图中：01线缆，02PCB板，1治具，2输送线，3阻挡顶升模组，4移位模组，5PCB板夹持装置，6激光焊接模组，7取料机械手，8PCB萃盘；11线头固定座，12线圈固定夹，13定位孔；31阻挡气缸；41夹爪，42升降机构，43平移滑台，44弹簧顶销；51载板，52固定夹，53伺服电机，54定位销；61激光头，62焊接相机，63升降台，64水平滑座；71固定座，72旋转臂，73真空吸盘，74取料相机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种全自动激光焊接机，用于焊接PCB板和线缆，包括用于夹持线缆的治具1、用于传送所述治具1的输送线2、以及两个焊接工位，所述焊接工位包括用于实现所述治具1在输送线2上取放的阻挡顶升模组3和移位模组4、用于放置PCB板的PCB板夹持装置5、以及用于完成PCB板和线缆间焊接的激光焊接模组6，在两个PCB板夹持装置5的中间设置有一个取料机械手7，用于将PCB板从PCB萃盘8交替移动到两个PCB板夹持装置5中，所述治具1和PCB板夹持装置5间通过对位连接结构实现对位连接。
继续参见图2，所述治具1包括两个用于固定线缆端头位置的线头固定座11、以及用于防止线缆其余部分(未画出)掉落的线圈固定夹12；在所述线头固定座11上开有多个用于容置单独线芯的线槽，所述线圈固定夹12可滑动设置于所述治具1上，且可根据线缆围成线圈的大小调节各线圈固定夹间的距离，以确保线缆被牢牢固定在所述治具1上，在所述治具1底部还开有多个与所述销钉位置对应的锥形孔。
在本实施例中，所述线圈固定夹12的数量为三个且其位置呈三角形设置。
所述阻挡顶升模组3包括用于阻挡所述治具1在所述输送线2上继续运动的阻挡气缸31、用于将所述治具1顶升起来的多个销钉(未画出)、以及用于带动所述销钉动作的顶升气缸(未画出)，所述阻挡气缸31的挡杆可自由回缩以确保其他治具的顺利通过。
继续参见图3，所述移位模组4包括用于固定所述治具1的夹爪41、用于带动所述夹爪41动作的升降机构42和平移滑台43、以及用于阻挡所述治具1向上滑动的弹簧顶销44，所述弹簧顶销44设置于所述治具1的上方，且包括多个长度相等的弹簧以及设置于所述弹簧底端的挡块。
继续参见图4，所述PCB板夹持装置5包括两个用于放置PCB板的载板51、设置于所述载板51两侧且用于固定PCB板位置的固定夹52、以及用于调节PCB板在所述PCB板夹持装置5上的位置的伺服电机53，且所述伺服电机53与电脑连接设置。
继续参见图7，所述PCB萃盘8通过开塑胶模制成，且其上开有多个用于容置PCB板的凹槽，所述凹槽的边缘设置有防呆缺口以保证PCB板放置的一致性。在本实施例中，所述PCB萃盘8可以容置108片PCB板，且根据焊接机的整体工作效率，平均每25分钟进行一次人工上料。
继续参见图6，所述取料机械手7包括固定座71、可绕所述固定座71水平转动的旋转臂72、以及设置于所述旋转臂72上的真空吸盘73和取料相机74，所述真空吸盘73为可旋转设计，所述取料相机74与电脑连接设置且用于拍摄PCB萃盘8上的PCB板的图像，其与所述真空吸盘73共同作用以确保被吸取的PCB板以准确的方向放置到所述PCB板夹持装置5上。
继续参见图5，所述激光焊接模组6包括两个激光头61、焊接相机62、以及用于调节所述激光头61和焊接相机62的高度及水平位置的升降台63和水平滑座64，所述焊接相机62与电脑连接设置且用于拍摄焊盘处和线芯处的图像，其与所述伺服电机53共同作用以确保焊接前PCB板上的多个焊盘与线缆的多根线芯间一一对应。在焊接时，所述激光头61移动到焊盘和线芯待焊接位置处的正上方，且所述激光头61的工作参数可通过电脑进行调节和记录，以便于对问题产品进行追溯。
在本实施例中，所述对位连接结构包括设置在所述治具1上的定位孔13以及设置在所述PCB板夹持装置5上的定位销54。
在本实施例中，所述焊接相机62和取料相机74均配有光源，以提高拍照时的亮度，
在本实施例中，所述PCB板包括焊盘面和无焊盘面，且在所述焊盘面上的长度方向的一端平行设置有六个焊盘，所述线缆内部包括六根线芯，且每根线芯均要与PCB板上对应的焊盘一一连接。所述取料相机74对PCB萃盘8中的PCB板拍照，若PCB板的无焊盘面朝上则跳过这片PCB板，若PCB板的焊盘面朝上则吸取该PCB板；若拍照发现焊盘面上长度方向的有焊盘端朝向线缆的线芯，则不需旋转，若拍照发现焊盘面上的无焊盘端朝向线缆的线芯，则真空吸盘73带动吸附在其上的PCB板旋转一定角度使得PCB板焊盘面上的有焊盘端朝向线缆的线芯，再解除真空吸附将PCB板准确放至PCB板夹持装置5上。所述焊接相机拍摄放置在PCB板夹持装置5上的PCB板的焊盘位置，若发现焊盘位置与线缆的多根线芯间没有一一对应，则控制伺服电机53对PCB板的位置进行移动。
在本实施例中，要在线缆01的两个端头各焊接一块PCB板02，焊接完成后，两块PCB板(小且轻)可吊设在线圈的两端并随着所述治具1回到输送线2上。
该全自动激光焊接机的工作过程如下：
夹持有线缆且已完成线芯理线工作的治具通过输送线传送到等待的焊接工位，所述治具在阻挡顶升模组和移位模组的配合动作下从输送线上取下，并通过相匹配的定位销和定位孔与PCB板夹持装置对位连接；同时，取料机械手将PCB板从PCB萃盘移动到所述PCB板夹持装置中，并将PCB板焊盘面上的有焊盘端朝向线缆的线芯，移动激光焊接模组，通过焊接相机和伺服电机对PCB板的位置进行移动，使焊盘与线芯的精准对位，在完成焊接工作后所述激光焊接模组沿原路径返回，所述治具通过所述移位模组沿原路径返回到输送线上，并带着焊接在一起的PCB板和线缆继续传送到下一个工位。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种全自动激光焊接机，用于焊接PCB板(02)和线缆(01)，其特征在于，包括用于夹持线缆的治具(1)、用于传送所述治具(1)的输送线(2)、以及至少一个焊接工位，所述焊接工位包括用于实现所述治具(1)在输送线(2)上取放的阻挡顶升模组(3)和移位模组(4)、用于放置PCB板的PCB板夹持装置(5)、以及用于完成PCB板和线缆间焊接的激光焊接模组(6)；焊接前所述治具(1)由所述阻挡顶升模组(3)从输送线(2)上取出并在所述移位模组(4)的带动下移动，至所述治具(1)和PCB板夹持装置(5)间通过对位连接结构实现对位连接，此时治具(1)上的线缆进入待焊状态；
同时PCB板通过取料机械手(7)从PCB萃盘(8)移动到所述PCB板夹持装置(5)中，所述取料机械手(7)包括可旋转的真空吸盘(73)和与电脑连接的取料相机(74)，所述取料相机(74)用于拍摄PCB萃盘(8)上的PCB板的图像，其与所述真空吸盘(73)共同作用以确保被吸取的PCB板以准确的方向放置到PCB板夹持装置(5)上；所述PCB板夹持装置(5)上设置有与电脑连接的伺服电机(53)，所述伺服电机(53)用于调节PCB板在PCB板夹持装置(5)上的位置；所述激光焊接模组(6)包括激光头(61)和与电脑连接的焊接相机(62)，所述焊接相机(62)用于拍摄焊盘处和线芯处的图像，其与所述伺服电机(53)共同作用以确保焊接前PCB板上的多个焊盘与线缆的多根线芯间一一对应，此时PCB板夹持装置(5)上的PCB板进入待焊状态。
2.根据权利要求1所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述阻挡顶升模组(3)包括用于阻挡所述治具(1)在所述输送线(2)上继续运动的阻挡气缸(31)、用于将所述治具(1)顶升起来的多个销钉、以及用于带动所述销钉动作的顶升气缸，所述阻挡气缸(31)的挡杆可自由回缩以确保其他治具的顺利通过。
3.根据权利要求2所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述治具(1)包括用于固定线缆端头位置的线头固定座(11)、以及用于防止线缆其余部分掉落的线圈固定夹(12)；在所述线头固定座(11)上开有多个用于容置单独线芯的线槽，所述线圈固定夹(12)可滑动设置于所述治具(1)上，且可根据线缆围成线圈的大小调节各线圈固定夹间的距离，以确保线缆被牢牢固定在所述治具(1)上，在所述治具(1)底部还开有多个与所述销钉位置对应的锥形孔。
4.根据权利要求3所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述移位模组(4)包括用于固定所述治具(1)的夹爪(41)、以及用于带动所述夹爪(41)动作的升降机构(42)和平移滑台(43)。
5.根据权利要求4所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述移位模组(4)还包括用于阻挡所述治具(1)向上滑动的弹簧顶销(44)，所述弹簧顶销(44)设置于所述治具(1)的上方，且包括多个长度相等的弹簧以及设置于所述弹簧底端的挡块。
6.根据权利要求5所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述PCB板夹持装置(5)还包括用于放置PCB板的载板(51)、以及设置于所述载板(51)两侧且用于固定PCB板位置的固定夹(52)。
7.根据权利要求6所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述激光焊接模组(6)还包括升降台(63)和水平滑座(64)，二者均用于调节所述激光头(61)和焊接相机(62)的高度及水平位置。
8.根据权利要求7所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述取料机械手(7)还包括固定座(71)、以及可绕所述固定座(71)水平转动的旋转臂(72)，所述真空吸盘(73)和取料相机(74)设置于所述旋转臂(72)上。
9.根据权利要求8所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述PCB萃盘(8)上开有多个用于容置PCB板的凹槽，且所述凹槽边缘设置有防呆缺口以保证PCB板放置的一致性。
10.根据权利要求9所述的全自动激光焊接机，其特征在于，所述对位连接结构包括设置在所述治具(1)上的定位孔或销(13)以及设置在所述PCB板夹持装置(5)上的定位销或孔(54)。
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