CN106825819A - 非接触式锡球焊接装置及其焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式锡球焊接装置，包括焊头、气压检测机构、及激光机构，所述焊头具有焊腔，所述焊腔连通有加压气体供应机构以对所述焊腔内提供加压气体、所述焊腔还连通有锡球供应机构以使单一锡球进入所述焊腔，所述气压检测机构用于检测所述焊腔内的气压，所述焊头下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口通道，且所述激光机构的激光射出方向正对所述锡球出口通道；所述锡球出口通道的内壁呈圆柱状，且所述锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合。本发明还提供了一种非接触式锡球焊接工艺。
Description
技术领域
本发明属于激光焊接领域，尤其涉及于一种锡球焊接机构及其焊接工艺。
背景技术
锡焊在工业生产中非常普及，主要采用的手工烙铁焊虽然焊接工艺简单、建立生产线成本较低。但是手工烙铁焊操作不当容易引起漏焊、虚焊等焊接不良，特别在较精密的电子部件的焊接过程中，操作不良时可能会因烙铁距离过近、温度过高而引起焊件受热变形、材质劣化，人手触碰等还可能会导致电子元器件的污染。因此，传统的手工烙铁焊一方面对操作人员的焊接技能有较高的要求，另一方面其焊接品质过多依赖操作人员的技能而使得焊接品质不稳定，不能够满足现代工业的生产需求。
因此，需要一种新型的焊接装置替代传统的手工烙铁焊，以满足尺寸较小的精密电子元器件的焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的焊接装置替代传统的手工烙铁焊，以满足尺寸较小的精密电子元器件的焊接。
为了实现上述目的，本发明公开了一种非接触式锡球焊接装置，包括焊头、气压检测机构、及激光机构，所述焊头具有焊腔，所述焊腔连通有加压气体供应机构以对所述焊腔内提供加压气体，所述焊腔还连通有锡球供应机构以使单一锡球进入所述焊腔内，所述气压检测机构用于检测所述焊腔内的气压，所述焊头下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口通道，且所述激光机构的激光射出方向正对所述锡球出口通道；所述锡球出口通道的内壁呈圆柱状，且所述锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合。
与现有技术相比，本发明提供的非接触式锡球焊接装置，于焊腔下端竖向设置的锡球出口通道，且锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合，因而当从锡球通道进入焊腔的锡球自由落体进入锡球出口通道内并经由锡球出口通道离开焊腔的过程中，锡球出口通道不会对锡球的下落造成阻碍，但是进入锡球出口通道的锡球会在短时间内封堵焊腔，持续通入加压气体的焊腔内的气压在短时间内增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在锡球脱离焊腔前被激光命中，从而使得锡球迅速液化并被焊腔内较大的气压作用下迅速喷出，进而实现焊接。
较佳的，所述锡球出口通道和所述焊腔的连通处至所述锡球出口通道的上端的距离为第一距离，所述锡球出口通道的长度为第二距离，所述第一距离与第二距离尺寸之比小于等于5；通过调整第一距离和第二距离的尺寸之比，以控制锡球于锡球出口通道内的通行时间，以在该通行时间内、检测到气压增大的气压检测机构触发激光命中锡球，从而使得锡球脱离焊腔前被激光命中。
较佳的，所述锡球出口通道的长度大于等于10mm；通过延长锡球出口通道的长度，以延长锡球于锡球出口通道内的通行时间，以在该通行时间内、检测到气压增大的气压检测机构触发激光命中锡球，从而使得锡球脱离焊腔前被激光命中。
较佳的，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口通道连通于所述锥形结构的下端；焊腔下侧的锥形结构的设置，使得进入焊腔内的锡球在重力作用下顺利进入锡球出口通道内。
较佳的，所述焊头还包括可拆卸地连接于焊头本体的焊嘴，所述锡球出口通道开设于所述焊嘴内；由于锡球出口通道的尺寸较小容易发生堵塞，可拆卸的焊嘴的设置，可以当锡球出口通道内发生堵塞时方便地将焊嘴拆下以对焊头进行维修或直接置换新的焊嘴，以使得本发明非接触式锡球焊接装置快速恢复作业。
较佳的，所述加压气体为氮气。
为实现上述目的，本发明还提供了一种用于非接触式锡球焊接装置的焊头，所述焊头包括焊腔、及分别连通所述焊腔的锡球进入通道和气体通道，所述焊腔的下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口通道，所述锡球出口通道的内壁呈圆柱状，且所述锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合。
与现有技术相比，本发明提供的用于非接触式锡球焊接装置的焊头，开设有焊腔和分别连通焊腔的锡球进入通道和气体通道，以便接通锡球供应机构和加压气体供应机构；通过于焊腔下端竖向设置的锡球出口通道，且锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合，因而当从锡球通道进入焊腔的锡球自由落体进入锡球出口通道内并经由锡球出口通道离开焊腔的过程中，锡球出口通道不会对锡球的下落造成阻碍，但是进入锡球出口通道的锡球会在短时间内封堵焊腔，持续通入加压气体的焊腔内的气压在短时间内增大，检测到焊腔内气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在锡球脱离焊腔前被激光命中，从而使得锡球迅速液化并被焊腔内较大的气压作用下迅速喷出，进而实现焊接。
较佳的，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口通道连通于所述锥形结构的下端。
为实现上述目的，本发明还提供了一种非接触式锡球焊接工艺，其特征在于，包括步骤：a、焊头移动至工件待焊接部位上方并与工件呈间隙设置；b、锡球供应机构驱使单一锡球进入焊头的焊腔内，锡球在重力作用下进入焊腔下端的锡球出口通道内，与所述锡球出口通道呈间隙配合的锡球于锡球出口通道内下落并封堵所述锡球出口通道，使得焊腔内因加压气体供应机构提供的加压气体而发生气压变化；c、检测到焊腔内气压变化的气压检测机构触发激光机构，激光机构对锡球出口通道射出激光融化锡球；d、融化的锡球脱离锡球出口通道并来到工件待焊接部位。
与现有技术相比，本发明提供的非接触式锡球焊接工艺，其焊头和待焊接工件呈间隙设置，通过锡球在重力作用下脱离焊头、来到待焊接部位的过程中，封堵与之间隙配合的锡球出口通道，引起使得焊腔内的气压变化进而使得激光机构对锡球出口通道射出激光融化锡球，融化的锡球被焊腔内较大的气压作用下迅速喷出射向工件待焊接部位，进而实现焊接。本发明提供的非接触式锡球焊接工艺，利用锡球和焊头内的锡球出口通道的间隙配合，以在锡球进入锡球出口通道内、脱离焊头的过程中，被激光命中进而融化，实现对工件的焊接，其焊头的部位可以决定焊接部位、锡球的尺寸可以决定焊锡量、激光的功率可以决定锡球熔融温度，从而可以精密控制焊接过程、提高焊接质量、避免工件污染。
较佳的，焊头和工件之间距离为1.5～2.5mm；焊头和工件之间的距离较小，使得脱离焊头的熔融锡液不会发生溅射、而是相对集聚地落到工件待焊接的位置。
附图说明
图1为本发明非接触式锡球焊接装置的立体图。
图2为本发明非接触式锡球焊接装置的正视图。
图3为图1中A-A方向的剖视图。
图4为图3中B部的放大图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1所示，本发明提供的非接触式锡球焊接装置100，包括焊头110、气压检测机构(图中未示)、及激光机构(图中未示)，焊头110具有焊腔111，焊腔111连通有加压气体供应机构以对焊腔111内提供加压气体、焊腔111还连通有锡球供应机构以使单一锡球200进入焊腔111内，气压检测机构用于检测焊腔111内的气压，焊头110下端竖向设置有连通焊腔111的锡球出口通道114，且激光机构的激光射出方向正对锡球出口通道114；锡球出口通道114的内壁呈圆柱状，且锡球出口通道114的内径和锡球200的直径呈间隙配合。结合图2-图4所示，更具体的：
如图1和图2所示，焊头110设置于非接触式锡球焊接装置100的相对下端，且焊头110在非接触式锡球焊接装置100的驱动机构的驱动下，可以上下移动，以使得焊头110向下移动靠近待焊接工件300，或向上移动远离焊接完成的工件300。
请参阅图3所示，焊头110具有竖向设置的焊腔111，且加压气体供应机构和锡球供应机构分别连通于焊腔111，以便对焊腔111内供以加压气体和单一锡球200。具体的：焊头110内还分别设置有连通焊腔111的锡球进入通道112和气体通道(图中未示)，其中，锡球进入通道112用于连通锡球供应机构，而气体通道用于连通加压气体供应机构。可以理解的，焊腔111内大致为一封闭环境，仅锡球出口通道114构成焊腔111与外界的气体交换口，气体通道用于对焊腔111内供给加压气体，而用于供给锡球200的锡球进入通道112亦不会造成焊腔111内的大量气体泄漏。因此，在焊腔111内，加压气体供应机构对焊腔111内通入加压气体，使得焊腔111内的气压常时亦大于大气压，锡球进入通道112应呈略微向下地倾斜设置，以便脱离锡球供应机构的锡球200能够在重力作用下抵抗焊腔111内的气压自动进入焊腔111内，当然，亦可以由锡球供应机构对锡球200提供以较大的初速度，以将锡球200弹射进入焊腔111内。另一方面，与锡球进入通道112不同的，气体通道的角度和部位均无限制，只要能够对焊腔111内通入加压气体即可。
再请参阅图3和图4所示，所示，焊头110的出口，应当相对焊腔111呈直线型地设置，以便激光机构能够对焊头110的出口方向射出激光。具体的：焊头110下端竖向设置有连通焊腔111的锡球出口通道114，激光机构设置于焊腔111的上侧，如图3和图4所示，激光机构的激光S的射出方向正对锡球出口通道114。在本发明提供的非接触式锡球焊接装置100，其核心点在于：锡球出口通道114的内壁呈圆柱状，且锡球出口通道114的内径和锡球200的直径呈间隙配合。锡球出口通道114的内径和锡球200的直径呈间隙配合，即为：锡球出口通道114的内径和锡球200的直径的基本尺寸相同，且锡球出口通道114的内径的下偏差尺寸大于等于锡球200的直径的上偏差尺寸，根据该要求加工出的锡球出口通道114的内径略大于锡球200的直径，从而使得锡球200可以于锡球出口通道114内下落而不会受到锡球出口通道114的较大干涉。锡球出口通道114的内壁呈圆柱状，且锡球出口通道114的内径和锡球200的直径呈间隙配合地设置，使得锡球200能够进入锡球出口通道114内并经由锡球出口通道114离开焊腔111的过程中，锡球出口通道114不会对锡球200的下落造成阻碍，但是进入锡球出口通道114的锡球200会在短时间内封堵焊腔111，持续通入加压气体的焊腔111内的气压在短时间内增大，检测到焊腔111内气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在锡球200脱离焊腔111前被正对锡球出口通道114的激光S命中，从而使得锡球200迅速液化并被焊腔111内较大的气压作用下迅速喷出，进而实现焊接。
可以理解的，本发明非接触式锡球焊接装置100需要在锡球200封堵锡球出口通道114引起焊腔111内气压变化的时间内，由气压检测机构检出并触发激光机构射出激光S融化锡球200，锡球200需要在接触待焊接工件300之间、优选的在锡球200在脱离锡球出口通道114之前，即被融化。因此，锡球200于锡球出口通道114内的通行时间对本发明非接触式锡球焊接装置100的可靠性有至关重要的影响。
锡球200于锡球出口通道114内的通行时间可以通过计算得出。以锡球出口通道114和焊腔111的连通处至锡球出口通道114的上端的距离为第一距离h1，锡球出口通道114的长度为第二距离h2，锡球200于锡球出口通道114内的通行时间为t：
锡球200进入锡球出口通道114的初速度
锡球出口通道114的长度第二距离
则，锡球200于锡球出口通道114内的通行时间
因此，锡球200于锡球出口通道114内的通行时间t受第一距离h1和第二距离h2限制。
本发明非接触式锡球焊接装置100，为控制锡球200于锡球出口通道114内的通行时间t：一方面，优选的，将锡球出口通道114的长度设置为大于等于10mm，通过增加锡球出口通道114的长度延长锡球200封堵锡球出口通道114的时间；另一方面，锡球出口通道114和焊腔111的连通处至锡球出口通道114的上端的距离为第一距离，锡球出口通道114的长度为第二距离，第一距离与第二距离尺寸之比小于等于5，通过减小锡球200进入锡球出口通道114的初速度延长锡球200封堵锡球出口通道114的时间。
在一实施例中，焊腔111下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构111a，且锡球出口通道114连通于锥形结构111a的下端；焊腔111下侧的锥形结构111a的设置，使得进入焊腔111内的锡球200在重力作用下顺利进入锡球出口通道114内。
较佳的，如图3和图4所示，焊头110还包括可拆卸地连接于焊头110本体的焊嘴115，锡球出口通道114开设于焊嘴115内；可拆卸的焊嘴115的设置，使得当焊头110内发生如锡球200堵塞、焊锡封堵锡球出口通道114等故障时，可以方面的将焊嘴115拆下以对焊头110进行维修，并当焊嘴115处不敷使用时，更可以通过置换焊嘴115而使得焊头110本体得以重复使用。优选的，焊嘴115内包括呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构115a和设置于锥形结构111a下端的锡球出口通道114。
可以理解的，本发明对加压气体供应机构供给的加压气体，只是利用其压力变化，而没有应用到加压气体的性能，故加压气体可以为任意气体，只要其性能稳定、无污染、不影响焊接过程即可。优选的，加压气体为性能稳定且价格低廉的氮气。
与现有技术相比，本发明提供的非接触式锡球焊接装置100，于焊腔111下端竖向设置的锡球出口通道114，且锡球出口通道114的内径和锡球200的直径呈间隙配合，因而当从锡球200通道进入焊腔111的锡球200自由落体进入锡球出口通道114内并经由锡球出口通道114离开焊腔111的过程中，锡球出口通道114不会对锡球200的自由落体造成阻碍，但是进入锡球出口通道114的锡球200会在短时间内封堵焊腔111，持续通入气体的焊腔111内的气压在短时间内增大，检气压增大的气压检测机构触发激光S，使得在锡球200脱离焊腔111前被激光S命中，从而使得锡球200迅速液化并被较大的气压作用下迅速喷出，进而实现焊接。
结合图1-图4所示，本发明还提供一种非接触式锡球200焊接工艺，包括步骤：
a、焊头110移动至工件300待焊接部位上方并与工件300呈间隙设置；具体的，焊头110设置于非接触式锡球焊接装置100的相对下端，且焊头110在非接触式锡球焊接装置100的驱动机构的驱动下，向下移动靠近待焊接工件300，并使得焊头110和工件300待焊接部之间距离为1.5～2.5mm；
b、锡球供应机构驱使单一锡球200进入焊头110的焊腔111内，锡球200在重力作用下进入焊腔111下端的锡球出口通道115内，与锡球出口通道115呈间隙配合的锡球200于锡球出口通道115内下落并封堵锡球出口通道115，使得焊腔111内因加压气体供应机构提供的加压气体而发生气压变化；具体的，锡球供应机构驱使一锡球200进入焊腔111内，进入焊腔111内的锡球200在重力作用下向下移动，并在焊腔111下侧的锥形面的作用下进入锡球出口通道114内，与锡球出口通道114呈间隙配合的锡球200可以于锡球出口通道114内下落、锡球出口通道114虽不会对锡球200的下落造成较大的阻碍，但是下落中的锡球200会封堵锡球出口通道114，使得持续通入加压气体的焊腔111内的压力增大；
c、检测到焊腔111内气压变化的气压检测机构触发激光机构，激光机构对锡球出口通道114射出激光S融化锡球200；可以理解的，气压检测机构应当比较灵敏、才能够在短时间内迅速检出焊腔111内的压力变化。
d、融化的锡球200脱离锡球出口通道114并来到工件300待焊接部位。
与现有技术相比，本发明提供的非接触式锡球200焊接工艺，其焊头110和待焊接工件300呈间隙设置，且焊头110和待焊接工件300之间的距离为1.5～2.5mm，间隙的设置使得待焊接的工件300在焊接过程中与焊头110没有接触以避免电子元器件的污染，而焊头110和待焊接工件300之间的1.5～2.5mm的较小距离，使得熔融的锡液不会喷洒扩散至较大的范围、而是精准地集聚在由非接触式锡球焊接装置100定位到的工件300的待焊接部位；通过锡球200在重力作用下脱离焊头110、来到工件300的待焊接部位的过程中，封堵与之间隙配合的锡球出口通道114，引起使得焊腔111内的气压变化进而使得激光机构对锡球出口通道114射出激光融化锡球200，融化的锡球200被焊腔111内较大的气压作用下迅速喷出射向工件300待焊接部位，进而实现焊接。本发明提供的非接触式锡球200焊接工艺，其非接触式锡球焊接装置100定位出的焊头110部位决定焊接部位、锡球200的尺寸决定焊锡量、激光的功率决定锡球200熔融温度，从而可以精密控制焊接过程、提高焊接质量、避免工件300污染。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种非接触式锡球焊接装置，其特征在于：包括焊头、气压检测机构、及激光机构，所述焊头具有焊腔，所述焊腔连通有加压气体供应机构以对所述焊腔内提供加压气体，所述焊腔还连通有锡球供应机构以使单一锡球进入所述焊腔内，所述气压检测机构用于检测所述焊腔内的气压，所述焊头下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口通道，且所述激光机构的激光射出方向正对所述锡球出口通道；所述锡球出口通道的内壁呈圆柱状，且所述锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合。
2.如权利要求1所述的非接触式锡球焊接装置，其特征在于，所述锡球出口通道和所述焊腔的连通处至所述锡球出口通道的上端的距离为第一距离，所述锡球出口通道的长度为第二距离，所述第一距离与第二距离尺寸之比小于等于5。
3.如权利要求1所述的非接触式锡球焊接装置，其特征在于，所述锡球出口通道的长度大于等于10mm。
4.如权利要求1所述的非接触式锡球焊接装置，其特征在于，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口通道连通于所述锥形结构的下端。
5.如权利要求1所述的非接触式锡球焊接装置，其特征在于，所述焊头还包括可拆卸地连接于焊头本体的焊嘴，所述锡球出口通道开设于所述焊嘴内。
6.如权利要求1所述的非接触式锡球焊接装置，其特征在于，所述加压气体为氮气。
7.一种用于非接触式锡球焊接装置的焊头，其特征在于，所述焊头包括焊腔、及分别连通所述焊腔的锡球进入通道和气体通道，所述焊腔的下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口通道，所述锡球出口通道的内壁呈圆柱状，且所述锡球出口通道的内径和锡球的直径呈间隙配合。
8.如权利要求7所述的用于非接触式锡球焊接装置的焊头，其特征在于，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口通道连通于所述锥形结构的下端。
9.一种非接触式锡球焊接工艺，其特征在于，包括步骤：
a、焊头移动至工件待焊接部位上方并与工件呈间隙设置；
b、锡球供应机构驱使单一锡球进入焊头的焊腔内，锡球在重力作用下进入焊腔下端的锡球出口通道内，与所述锡球出口通道呈间隙配合的锡球于锡球出口通道内下落并封堵所述锡球出口通道，使得焊腔内因加压气体供应机构提供的加压气体而发生气压变化；
c、检测到焊腔内气压变化的气压检测机构触发激光机构，激光机构对锡球出口通道射出激光融化锡球；
d、融化的锡球脱离锡球出口通道并来到工件待焊接部位。
10.如权利要求9所述的非接触式锡球焊接工艺，其特征在于，焊头和工件之间距离为1.5～2.5mm。
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