CN106475649A - 一种激光焊锡机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光焊锡机，包括机台本体、聚焦镜、温度感应器、激光装置、焊料架、CCD监控探头、控制装置、送料装置、加工头固定板；所述加工头固定板设于机台本体上端；所述激光装置设于加工头固定板中间位置；所述CCD监控探头设于固定板左侧；所述温度感应器设于加工头固定板右侧，并且为斜面固定；所述聚焦镜设于激光器下端；所述焊料架设于加工固定板左侧上端平面；所述送料装置设于焊料架下端；所述控制装置设于机台本体上端。本发明提供了一种激光焊锡机，使用电气结构来进行控制，通过对焊丝、三轴工作台、激光控制，来达到精确度高，远程焊接，使用寿命长，该装置设计合理、结构简单，并且运行可靠，易于操作。

Description

一种激光焊锡机

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，尤其涉及的一种激光焊锡机。

背景技术

目前市面上常用是波峰焊、回流焊、浸泡焊、普通焊枪直接点焊等方式方法对线路板、线材、电子器件、微电子进行焊接；

通常焊接是通过高温的气流、或高温的液体、或高温的固体导热体对线路板、线材、电子器件进行全部工件或者大范围或单个个体的全部加热（最小受热面积大于3平方毫米），使得附近的焊料（包括各种锡材料或其他金属粉末）通常在助焊剂的帮助下变成流体状态或液态，将电子元器件的针脚、端子与标的物构成物理导通，冷却后形成粘连焊接。

1、加热面积大，整版加热或整个电气元器件受热到150-400℃，直接影响了电子元器件理化性能和使用寿命；

2、不能做到定点、定量、定时、精准焊接；

3、接触式加工，产生机械应力或者热应力大，容易造成部件移位、立碑现象；

4、单位面积上的焊接时间长，一般不会低于1S；

5、需要助焊剂，会产生有毒有害气体排放；

6、焊枪本身使用寿命短（使用寿命通常只有几十小时），是易耗品，增加工业产品消耗；

7、整机能耗高，大量的热能排放到大气中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光焊锡机；

1、解决传统焊接时整个工件（两个焊接对象）都被加热至焊接温度点的问题，变大面积加热焊接为极小点的焊接；

2、解决不能定点可精确控制能量输出的问题；

3、解决焊接过程中产生应力的问题；

4、解决需要助焊剂的问题；

5、解决频繁更换焊接头或者加热部件等易耗品的问题；

6、解决传统焊锡机对大气排放大量热量的问题。

本发明的技术方案如下：一种激光焊锡机，包括机台本体、聚焦镜、温度感应器、激光装置、焊料架、CCD监控探头、控制装置、送料装置、加工头固定板；所述机台本体包括机架、X轴轨道、支撑板、固定板、放置板、Y轴轨道、X轴机械手、Y轴机械手、Z轴轨道、Z轴机械手；所述机架下端为长方形状，并且内侧为空腔状；所述机架上端中间设置有Y轴轨道，并且通过螺杆紧固；所述 Y轴机械手设于Y轴轨道上端；所述放置板设于Y轴机械手上端；所述支撑板设有两块，分别设于机架左右两侧；所述X轴轨道设于两支撑板中间上端位置，并且通过螺杆紧固；所述X轴机械手设于X轴轨道上端，并且通过卡槽位相互连接；所述固定板设于X轴轨道前端，并且将Z轴轨道设于固定板上端；所述Z轴机械手设于Z轴轨道上端；所述加工头固定板设于Z轴机械手上端，并且通过螺杆紧固；所述激光装置包括激光器、激光盒；所述激光器设于激光盒内；所述激光装置设于加工头固定板中间位置；所述CCD监控探头设于固定板左侧，并且通过螺钉紧固；所述CCD监控探头包括CCD图像传感器、白光LED灯；所述激光盒下端设有开槽，所述光LED灯设于激光盒内开槽上端；所述CCD图像传感器设于激光盒内，并且穿过激光盒下端平面；所述CCD图像传感器与控制装置相连接；所述温度感应器设于加工头固定板右侧，并且为斜面固定；所述温度感应器与控制装置相连接；所述聚焦镜设于激光器下端；

所述焊料架包括固定架、物料筒；所述固定架为钢构结构，并且将物料筒设于固定架上端；所述送料装置设于焊料架下端；所述送料装置包括送料固定框、送料棒、电机；所述送料棒设有两根，分别设有送料固定框内左右两侧，所述电机与送料棒相连接；所述控制装置包括单片机、显示屏、按键、电脑、继电器；所述显示屏与按键分别与单片机相连接,并且将单片机设于机架下端空腔内；所述继电器与单片机相连接，并且将继电器设于机架下端空腔内；所述单片机与电脑相连接。

优选的，所述图像传感器通过相机识别。

优选的，所述焊接材质为锡丝，所述焊丝设于焊料架上端，并且穿过送料装置设于激光器光束下端。

优选的，所述锡丝、激光器光束、温度感应器设于激光装置下端一点汇集。

优选的，所述激光器发射波长为808nm至10800，用于焊接加热热源。

优选的，所述控制器可用PC、PLC、单片机作为控制装置。

优选的，所述激光装置上端设有非接触式测高传感器。

优选的，所述X轴机械手通过电机带动左右运动。

优选的，所述Y轴机械手、Z轴机械手通过气缸带动上下、前后运动。

采用上述方案，一种激光焊锡机，使用电气结构来进行控制，通过对焊丝、三轴工作台、激光控制，来达到精确度高，远程焊接，使用寿命长，该装置设计合理、结构简单，并且运行可靠，易于操作。

附图说明

图1是本发明实例的结构示意图；

图2是本发明机台本体的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

一种激光焊锡机，包括机台本体501、聚焦镜502、温度感应器503、激光装置504、焊料架505、CCD监控探头506、控制装置507、送料装置508、加工头固定板509；

所述机台本体509包括机架301、X轴轨道302、支撑板303、固定板304、放置板305、Y轴轨道306、X轴机械手307、Y轴机械手308、Z轴轨道309、Z轴机械手310；

X/Y/Z当到达预定的位置，激光发出的光束，送丝器送丝，光束经过透镜汇聚并在合适的高度照射到焊料和焊接对象表面，焊料瞬间融化成液态或流体态，同时焊接对象表面或者孔缝内已经被激光照射达到焊料液态的温度，此时，融化的焊料因重力、毛细现象、热力吸附等物理现象驱动，会主动粘贴、吸附在焊接对象的被激光照射的区域(点的直径一般不超过1mm)的表面或孔缝内。

焊接进行过程中，激光所加热的部位是局部的（直径通常不超过激光光斑直径的2倍），且温度的分布以激光光斑为中心往外呈逐渐降低趋势的高斯分布，在直径2-3mm处的温度已接近室温，因此，对元器件没有造成温升，进而不会改变元器件的理化性能。

当到达预设条件时，控制系统会命令激光器停止输出激光能量，焊接头抬起或跳转到下一个动作处，已焊接的对象及焊料的温度会急剧下降而固化，从而形成牢固的焊接。

焊接的工作因此周而复始循环。

所述机架301下端为长方形状，并且内侧为空腔状；

所述机架301上端中间设置有Y轴轨道306，并且通过螺杆紧固；

所述 Y轴机械手308设于Y轴轨道306上端；

所述放置板305设于Y轴机械手307上端；

所述支撑板303设有两块，分别设于机架301左右两侧；

所述X轴轨道302设于两支撑板303中间上端位置，并且通过螺杆紧固；

所述X轴机械手307设于X轴轨道302上端，并且通过卡槽位相互连接；

所述固定板304设于X轴轨道302前端，并且将Z轴轨道309设于固定板304上端；

所述Z轴机械手310设于Z轴轨道309上端；

所述加工头固定板509设于Z轴机械手310上端，并且通过螺杆紧固；

所述激光装置504包括激光器、激光盒；

所述激光器由可发射波长为808nm至10800nm的激光器作为焊接加热热源；

所述激光器设于激光盒内；

所述激光装置504设于加工头固定板509中间位置；

所述CCD监控探头506设于固定板左侧，并且通过螺钉紧固；

所述CCD监控探头506包括CCD图像传感器、白光LED灯；

所述激光盒下端设有开槽，所述光LED灯设于激光盒内开槽上端；

所述CCD图像传感器设于激光盒内，并且穿过激光盒下端平面；

所述CCD图像传感器与控制装置507相连接；

所述温度感应器503设于加工头固定板509右侧，并且为斜面固定；

所述温度感应器503与控制装置507相连接；

所述聚焦镜502设于激光器下端；

所述焊料架505包括固定架、物料筒；

所述固定架为钢构结构，并且将物料筒设于固定架上端；

所述送料装置508设于焊料架505下端；

所述送料装置508包括送料固定框、送料棒、电机；

所述送料棒设有两根，分别设有送料固定框内左右两侧，所述电机与送料棒相连接；

所述控制装置507包括单片机、显示屏、按键、电脑、继电器；

所述显示屏与按键分别与单片机相连接,并且将单片机设于机架下端空腔内；

所述继电器与单片机相连接，并且将继电器设于机架下端空腔内；

所述单片机与电脑相连接；使用PC、PLC、单片机、平板电脑、笔记本电脑、便携式电脑、一体机、继电器等作为操作系统，装载运动编程软件，作为数据处理与综合指挥中心的控制系统进行全自动运作；由X\Y\Z运动轴在控制系统的指挥下，装载着加工头运动，对目标物进行非接触式焊接。

使用波长为808nm至10800nm的激光作为焊接锡丝、锡膏、锡粉、锡块的加热热源。

激光在焊接过程中，有送丝装置进行及时的送丝

激光在焊接锡材过程中，有温度探测设备辅助控制。

有控制系统控制激光及运动轨迹。

优选的，所述图像传感器通过相机识别。

优选的，所述焊接材质为锡丝，所述焊丝设于焊料架上端，并且穿过送料装置设于激光器光束下端。

优选的，所述锡丝、激光器光束、温度感应器设于激光装置下端一点汇集。

优选的，所述激光器发射波长为808nm至10800，用于焊接加热热源。

优选的，所述控制器可用PC、PLC、单片机作为控制装置；通过操作系统，装载运动编程软件，作为数据处理与综合指挥中心的控制系统进行全自动运作。

优选的，所述激光装置上端设有非接触式测高传感器。

优选的，所述X轴机械手通过电机带动左右运动。

优选的，所述Y轴机械手、Z轴机械手通过气缸带动上下、前后运动。

使用时：人们随着经济的发展，对生活品质的要求越来越高，特别是现代化产品小型化，多样化，不仅给人们带来发明，而且外观造型美观，该激光焊锡机就是用来精确切割，确保产品品质；本装置用于线路板、电子器件、线材等一切需要用锡料、焊料焊接、熔接的领域，取代传统电阻式加热固体导热焊接、高温气体导热焊接、液态焊料浸泡焊接等传统焊接工艺及方法。非接触式，可快速焊接一个1mm直径的焊点只需要0.5S左右，精准定位（定位精度0.05mm）。解决传统焊接时整个工件（两个焊接对象）都被加热至焊接温度点的问题，变大面积加热焊接为极小点的焊接。解决不能定点可精确控制能量输出的问题。解决焊接过程中产生应力的问题。解决需要助焊剂的问题。解决频繁更换焊接头或者加热部件等易耗品的问题。解决传统焊锡机对大气排放大量热量的问题。本发明只对所需焊接点或线输出设定的能量，焊接点的半径或焊接线的线宽及焊接路径可控，进而解决传统焊接时整个工件都被加热（全体对象受热或单个电子单元整个受热）而造成电子元器件理化性能变差和使用寿命变短的问题。本发明全程是光传导能量，不需要接触式标的物，解决了焊接时产生应力的问题。本发明无需助焊剂，直接将焊料熔化并与焊接对象溶合，解决传统焊接必须直接或间接需要助焊剂的问题。本发明本身无须耗材或易耗品，核心部件使用寿命约10万小时，解决频繁更换焊接头或者加热部件等易耗品的问题（注：焊料是原材料，不是工具本身的耗材）。热量排放小，加工时对大气的热量排放不高于50瓦。本发明全程可视化，各焊点随时可以被监控直接视觉。也可被温感感知并进行温度存档，可通检测过高、过低的温度值来判定是否有不良品。输出可控的精确的能量（控制到0.1焦耳），时每个焊接点达到的温度比较精确，所输出的能量对电气元器件本人不会造成很大的持续的温升，进而不会影响电子元器件的理化性能和使用寿命。可精准的对准预设目标，精确度小于0.1mm，不会造成错位焊接。编程调试后，可全自动地焊接好预设的目标，节省大量劳动力。无需开模，可实现小批量、个性化焊接生产，生产灵活。远程焊接，非接触式，不会产生任何应力，进而不会将元器件因应力而错位造成不良品。整机能耗低，热量排放小，加工时对大气的热量排放不高于50瓦，节省电力输出，节约运营成本。工具本身无易耗品，使用寿命长（达到10万小时），间接节约生产成本。无需助焊剂，减小环境污染，节约成本。X\Y\Z运动轴在控制系统的指挥下，装载着加工头运动，对目标物进行非接触式焊接。加工头由激光器的出光头、CCD监控、送丝器、温感探头、固定支架构成。工作开始后，X/Y/Z当到达预定的位置，激光发出的光束，送丝器送丝，光束经过透镜汇聚并在合适的高度照射到焊料和焊接对象表面，焊料瞬间融化成液态或流体态，同时焊接对象表面或者孔缝内已经被激光照射达到焊料液态的温度，此时，融化的焊料因重力、毛细现象、热力吸附等物理现象驱动，会主动粘贴、吸附在焊接对象的被激光照射的区域(点的直径一般不超过1mm)的表面或孔缝内。焊接进行过程中，激光所加热的部位是局部的（直径通常不超过激光光斑直径的2倍），且温度的分布以激光光斑为中心往外呈逐渐降低趋势的高斯分布，在直径2-3mm处的温度已接近室温，因此，对元器件没有造成温升，进而不会改变元器件的理化性能。 当到达预设条件时，控制系统会命令激光器停止输出激光能量，焊接头抬起或跳转到下一个动作处，已焊接的对象及焊料的温度会急剧下降而固化，从而形成牢固的焊接。焊接的工作因此周而复始循环。一种激光焊锡机，包括机台本体、聚焦镜、温度感应器、激光装置、焊料架、CCD监控探头、控制装置、送料装置、加工头固定板；所述机台本体包括机架、X轴轨道、支撑板、固定板、放置板、Y轴轨道、X轴机械手、Y轴机械手、Z轴轨道、Z轴机械手；X/Y/Z当到达预定的位置，激光发出的光束，送丝器送丝，光束经过透镜汇聚并在合适的高度照射到焊料和焊接对象表面，焊料瞬间融化成液态或流体态，同时焊接对象表面或者孔缝内已经被激光照射达到焊料液态的温度，此时，融化的焊料因重力、毛细现象、热力吸附等物理现象驱动，会主动粘贴、吸附在焊接对象的被激光照射的区域(点的直径一般不超过1mm)的表面或孔缝内。焊接进行过程中，激光所加热的部位是局部的（直径通常不超过激光光斑直径的2倍），且温度的分布以激光光斑为中心往外呈逐渐降低趋势的高斯分布，在直径2-3mm处的温度已接近室温，因此，对元器件没有造成温升，进而不会改变元器件的理化性能。当到达预设条件时，控制系统会命令激光器停止输出激光能量，焊接头抬起或跳转到下一个动作处，已焊接的对象及焊料的温度会急剧下降而固化，从而形成牢固的焊接。焊接的工作因此周而复始循环。所述机架下端为长方形状，并且内侧为空腔状；所述机架上端中间设置有Y轴轨道，并且通过螺杆紧固；所述 Y轴机械手设于Y轴轨道上端；所述放置板设于Y轴机械手上端；所述支撑板设有两块，分别设于机架左右两侧；所述X轴轨道设于两支撑板中间上端位置，并且通过螺杆紧固；所述X轴机械手设于X轴轨道上端，并且通过卡槽位相互连接；所述固定板设于X轴轨道前端，并且将Z轴轨道设于固定板上端；所述Z轴机械手设于Z轴轨道上端；所述加工头固定板设于Z轴机械手上端，并且通过螺杆紧固；所述激光装置包括激光器、激光盒；所述激光器由可发射波长为808nm至10800nm的激光器作为焊接加热热源；所述激光器设于激光盒内；所述激光装置设于加工头固定板中间位置；所述CCD监控探头设于固定板左侧，并且通过螺钉紧固；所述CCD监控探头506包括CCD图像传感器、白光LED灯；所述激光盒下端设有开槽，所述光LED灯设于激光盒内开槽上端；所述CCD图像传感器设于激光盒内，并且穿过激光盒下端平面；所述CCD图像传感器与控制装置相连接；所述温度感应器设于加工头固定板右侧，并且为斜面固定；所述温度感应器与控制装置相连接；所述聚焦镜设于激光器下端；所述焊料架包括固定架、物料筒；所述固定架为钢构结构，并且将物料筒设于固定架上端；所述送料装置设于焊料架下端；所述送料装置包括送料固定框、送料棒、电机；所述送料棒设有两根，分别设有送料固定框内左右两侧，所述电机与送料棒相连接；所述控制装置包括单片机、显示屏、按键、电脑、继电器；所述显示屏与按键分别与单片机相连接,并且将单片机设于机架下端空腔内；所述继电器与单片机相连接，并且将继电器设于机架下端空腔内；所述单片机与电脑相连接；使用PC、PLC、单片机、平板电脑、笔记本电脑、便携式电脑、一体机、继电器等作为操作系统，装载运动编程软件，作为数据处理与综合指挥中心的控制系统进行全自动运作；由X\Y\Z运动轴在控制系统的指挥下，装载着加工头运动，对目标物进行非接触式焊接。控制系统已经设置好了所需的激光的功率、频率、脉宽、延时等参数。控制系统编辑好所需的轨迹路径，以及控制相应的送丝器送丝、焊接头向下给丝、焊完后焊接头抬起等动作。工作开始后，X/Y/Z当到达预定的位置，激光发出4.1所规定的光束，送丝器送丝，光束经过透镜汇聚并在合适的高度照射到焊料和焊接对象表面，焊料瞬间融化成液态或流体态，同时焊接对象表面或者孔缝内已经被激光照射达到焊料液态的温度，此时，融化的焊料因重力、毛细现象、热力吸附等物理现象驱动，会主动粘贴、吸附在焊接对象的被激光照射的区域(点的直径一般不超过1mm)的表面或孔缝内。焊接进行过程中，激光所加热的部位是局部的（直径通常不超过激光光斑直径的2倍），且温度的分布以激光光斑为中心往外呈逐渐降低趋势的高斯分布，在直径2-3mm处的温度已接近室温，因此，对元器件没有造成温升，进而不会改变元器件的理化性能。 当到达预设条件时，控制系统会命令激光器停止输出激光能量，焊接头抬起或跳转到下一个动作处，已焊接的对象及焊料的温度会急剧下降而固化，从而形成牢固的焊接，焊接的工作因此周而复始循环。

本发明提供了一种激光焊锡机，使用电气结构来进行控制，通过对焊丝、三轴工作台、激光控制，来达到精确度高，远程焊接，使用寿命长，该装置设计合理、结构简单，并且运行可靠，易于操作。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光焊锡机，其特征在于，包括机台本体、聚焦镜、温度感应器、激光装置、焊料架、CCD监控探头、控制装置、送料装置、加工头固定板；

所述机台本体包括机架、X轴轨道、支撑板、固定板、放置板、Y轴轨道、X轴机械手、Y轴机械手、Z轴轨道、Z轴机械手；

所述机架下端为长方形状，并且内侧为空腔状；

所述机架上端中间设置有Y轴轨道，并且通过螺杆紧固；

所述 Y轴机械手设于Y轴轨道上端；

所述放置板设于Y轴机械手上端；

所述支撑板设有两块，分别设于机架左右两侧；

所述X轴轨道设于两支撑板中间上端位置，并且通过螺杆紧固；

所述X轴机械手设于X轴轨道上端，并且通过卡槽位相互连接；

所述固定板设于X轴轨道前端，并且将Z轴轨道设于固定板上端；

所述Z轴机械手设于Z轴轨道上端；

所述加工头固定板设于Z轴机械手上端，并且通过螺杆紧固；

所述激光装置包括激光器、激光盒；

所述激光器设于激光盒内；

所述激光装置设于加工头固定板中间位置；

所述CCD监控探头设于固定板左侧，并且通过螺钉紧固；

所述CCD监控探头包括CCD图像传感器、白光LED灯；

所述激光盒下端设有开槽，所述光LED灯设于激光盒内开槽上端；

所述CCD图像传感器设于激光盒内，并且穿过激光盒下端平面；

所述CCD图像传感器与控制装置相连接；

所述温度感应器设于加工头固定板右侧，并且为斜面固定；

所述温度感应器与控制装置相连接；

所述聚焦镜设于激光器下端；

所述焊料架包括固定架、物料筒；

所述固定架为钢构结构，并且将物料筒设于固定架上端；

所述送料装置设于焊料架下端；

所述送料装置包括送料固定框、送料棒、电机；

所述送料棒设有两根，分别设有送料固定框内左右两侧，所述电机与送料棒相连接；

所述控制装置包括单片机、显示屏、按键、电脑、继电器；

所述显示屏与按键分别与单片机相连接,并且将单片机设于机架下端空腔内；

所述继电器与单片机相连接，并且将继电器设于机架下端空腔内；

所述单片机与电脑相连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述图像传感器通过相机识别。

3.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述焊接材质为锡丝，所述焊丝设于焊料架上端，并且穿过送料装置设于激光器光束下端。

4.根据权利要求3所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述锡丝、激光器光束、温度感应器设于激光装置下端一点汇集。

5.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述激光器发射波长为808nm至10800，用于焊接加热热源。

6.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述控制器可用PC、PLC、单片机作为控制装置。

7.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述激光装置上端设有非接触式测高传感器。

8.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述X轴机械手通过电机带动左右运动。

9.根据权利要求1所述的一种激光焊锡机，其特征在于，所述Y轴机械手、Z轴机械手通过气缸带动上下、前后运动。