CN108436327A

CN108436327A - 强制供给式压力控制装置和强制供给式压力控制方法

Info

Publication number: CN108436327A
Application number: CN201810003396.3A
Authority: CN
Inventors: 林久树
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Denso Corp
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2018-08-24
Also published as: JP6849471B2; JP2018130741A; US20180229322A1

Abstract

根据一个实施例的强制供给式压力控制装置包括压力检测喷嘴，压力检测器和控制器。所述压力检测喷嘴的一端部插入到壳体构件中，熔融焊料从所述壳体构件被强制供入射流式焊接装置的焊料射流喷嘴。压力检测器与所述压力检测喷嘴的另一端部连接，所述压力检测器利用存在于所述压力检测喷嘴内部的熔融焊料和所述压力检测器之间的气体检测从所述一端部强制输入到所述压力检测喷嘴中的熔融焊料的压力。控制器调节到所述焊料射流喷嘴的熔融焊料的强制供给式压力，以使由所述压力检测器检测的熔融焊料的压力变成参考压力。

Description

强制供给式压力控制装置和强制供给式压力控制方法

技术领域

这里讨论的实施例涉及一种强制供给式压力控制装置和一种强制供给式压力控制方法。

背景技术

以往，已经出现了一种射流式焊接装置，该装置例如将熔融焊料强制地供给到射流喷嘴，从射流喷嘴的前端竖直向上喷射焊料，并例如将电气部件焊接到印刷电路板。

在射流式焊接装置中，当从射流喷嘴喷射的熔融焊料的喷射高度低于理想高度时，可能发生印刷电路板和电气部件之间的不良连接，并且当喷射高度高于理想高度时，桥接现象可能导致相邻终端之间发生短路。

因此，存在一种焊接装置，其设置有与射流喷嘴分离的虚拟射流喷嘴，以通过使用光学传感器来检测从虚拟射流喷嘴喷射的熔融焊料的喷射高度，并且基于检测结果将熔融焊料的喷射高度控制在理想高度(例如参照日本特开2000-200966号公报)。

然而，当通过传感器等检测从射流喷嘴喷射的熔融焊料自身的喷射高度时，因氧化而固化的焊料可以被附着到射流喷嘴。在这种情况下，不能高精度地检测焊料的喷射高度。因此，在传统的焊接装置中，熔融焊料的喷射高度变得不能控制在理想高度。

鉴于上述情况，提出了一个实施例的一个方面，并且本实施例的目的是提供一种强制供给式压力控制装置和强制供给式压力控制方法，其能够将熔融焊料的喷射高度控制在理想高度。

发明内容

根据一个实施例的一个方面，可以提供一种强制供给式压力控制装置和一种强制供给式压力控制方法，其可以将熔融焊料的喷射高度控制在理想高度。

附图说明

通过参考下面结合附图考虑的详细描述，本申请变得更加容易理解，且可以容易地获得对本申请的更完整的理解以及其许多伴随的优点，其中：

图1是示出根据一个实施例的强制供给式压力控制装置和射流式焊接装置的说明图；

图2是示出根据该实施例的射流式焊接装置的操作的一个示例的说明图；

图3A至3C是示出根据该实施例的强制供给式压力控制方法的说明图；

图4是示出根据该实施例的强制供给式压力控制装置和射流式焊接装置的操作和过渡状态的时序图；以及

图5是示出根据该实施例的由控制器执行的处理的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明本申请中公开的强制供给式压力控制装置和强制供给式压力控制方法的实施例。这并不意味着本发明限于下面描述的实施例。图1是示出根据一个实施例的强制供给式压力控制装置1和射流式焊接装置10的说明图。强制供给式压力控制装置1的功能框图和射流式焊接装置10的示意性剖视图在图1中示出。

首先，说明由强制供给式压力控制装置1控制的射流式焊接装置10的结构。如图1所示，射流式焊接装置10包括：储存熔融焊料11的焊料箱12；从焊料箱12中抽出熔融焊料11的泵30；以及将由泵30抽吸的熔融焊料11竖直向上喷射的射流喷嘴15。

此外，射流式焊接装置10包括回收箱16，该回收箱16回收从射流喷嘴15喷射的熔融焊料11。以这种方式，根据该实施例的射流式焊接装置10具有双箱结构，其中回收箱16设置在焊料箱12上。

加热器18设置在焊料箱12和回收箱16的侧表面上。加热器18加热并熔融焊料箱12和回收箱16中的焊料，然后将熔融焊料11的温度保持在适于焊接的温度(以下简称为“适宜温度”)下。

焊料箱12在其上侧包括向上吸起熔融焊料11的焊料吸入喷嘴13和强制供给由焊料吸入喷嘴13吸起的熔融焊料11的壳体构件14。

泵30包括马达31，驱动链轮32，链条33，从动链轮34，旋转轴35和推进器36。泵30通过使用马达使得驱动链轮32旋转，通过链条33将驱动链轮32的旋转力传递给从动链轮34，且驱动连接到从动链轮34的旋转轴35以使推进器36旋转。

泵30通过使用推进器36的旋转力将焊料箱12中的熔融焊料11从焊料吸入喷嘴13抽吸到壳体构件14，如图1的空心箭头所示，并且将被吸入的熔融焊料11从壳体构件14强制供给到射流喷嘴15。

由此，熔融焊料11从射流喷嘴的上端竖直向上喷射。射流式焊接装置10通过将从射流喷嘴15的上端喷射的熔融焊料11的一部分附着到例如印刷电路板的连接点来进行焊接。将参照图2来描述射流式焊接装置10的工作过程的一个示例。

没有附着到印刷电路板上的剩余熔融焊料11通过射流喷嘴15的侧表面回收到回收箱16中，从设置在回收箱16的底面上的与焊料箱12连通的回收孔17流入焊料箱12，并再次储存在焊料箱12中。

以此方式，射流式焊接装置10在使得熔融焊料11在循环通过焊料箱12，焊料吸入喷嘴13，壳体构件14，射流喷嘴15，回收箱16，回收孔17和焊料箱12的路径的同时执行焊接。

根据本实施例的强制供给式压力控制装置1将从射流式焊接装置10的射流喷嘴15的上端到被喷射的熔融焊料11的最大到达点的距离(以下称为“喷射高度H”)调节到适于焊接的理想高度。

强制供给式压力控制设备1包括压力检测喷嘴2，压力检测器3和控制器4。压力检测喷嘴2的一端部插入到壳体构件14中，其中熔融焊料11被从壳体构件14强制供给到射流式焊接装置10的射流喷嘴15。

压力检测器3连接到压力检测喷嘴2的另一侧，通过使用存在于压力检测喷嘴2内的熔融焊料11与压力检测器3之间的气体(在此为“空气5”)，检测从壳体构件14强制供给到压力检测喷嘴2的内部的熔融焊料11的压力。

控制器4包括微计算机和具有例如中央处理单元(CPU)，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，输入输出端口等的各种类型的电路。包括在控制器4中的处理单元的一部分或全部可以由诸如专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)之类的硬件来构造。

控制器4通过控制输出到马达31的驱动信号来调节待被供给到射流喷嘴15的熔融焊料11的强制供给式压力，使得由压力检测器3检测到的熔融焊料11的压力变成参考压力。控制器4对马达31的操作控制的一个示例将参照图3A至3C进行说明。

以这种方式，强制供给式压力控制设备1通过利用由强制供给的熔融焊料11压缩的压力检测喷嘴2中的空气5的压力来检测熔融焊料11的强制供给式压力，而不使用从射流喷嘴15或虚拟射流喷嘴喷射的熔融焊料11自身的喷射高度。

因此，即使当由于氧化而固化的焊料附着到例如射流喷嘴15或虚拟射流喷嘴的前端时，该强制供给式压力控制装置1也能够精确地检测熔融焊料11的强制供给式压力。这样，强制供给式压力控制装置1可以将熔融焊料11的喷射高度H控制在理想高度。

例如，当直接检测强制供给到壳体构件14中的熔融焊料的压力时，由于熔融焊料11的温度变为约300摄氏度，所以需要具有耐热性的昂贵的压力传感器。

与此相反，由于强制供给式压力控制设备1利用压力检测喷嘴2中的空气5的压力来检测熔融焊料11的强制供给式压力，所以采用廉价的不具有耐热性的便宜的压力检测器来作为压力检测器3，能够以低成本制造强制供给式压力控制设备1。

强制供给式压力控制装置1还包括接收器6，其接收从射流喷嘴15喷射的熔融焊料11的喷射高度H。控制器4将强制供给式压力设定为参考压力，来自射流喷嘴15的熔融焊料11的喷射高度H通过该强制供给式压力变成由接收器6所接收的高度。

因此，当熔融焊料11的理想喷射高度H基于待被焊接的电子部件的形状而不同时，强制供给式压力控制装置1能够通过用户从接收器6输入期望的喷射高度来实现理想的喷射高度H。

此外，强制供给式压力控制装置1包括：开关阀7，其打开和关闭将压力检测喷嘴2中的空气5排出的排气孔；和温度检测器8，其检测熔融焊料11的温度。控制器4保持开关阀7处于打开状态，直到由温度检测器8检测到的温度达到适于焊接的预定温度(下文称为“适宜温度”)。之后，当熔融焊料11的温度达到适宜温度时，控制器4将开关阀7的状态改变为关闭状态，然后开始调节强制供给式压力。

由此，强制供给式压力控制设备1在一段时间内能够防止与熔融焊料11的强制供给式压力无关的因素引起的空气5的压力变化被错误地检测为强制供给式压力的变化，在该一段时间内，射流式焊接装置10在开始操作之前将熔融焊料11加热到适宜温度。

接下来，将参照图2说明射流式焊接装置10的操作的一个示例。图2是示出根据本实施例的射流式焊接装置10的操作的一个示例的说明图。如图2所示，射流式焊接装置10例如执行焊接布置在射流喷嘴15上方的印刷电路板100和布置在印刷电路板100上方的电气部件102的操作。

印刷电路板100包括穿过印刷电路板100的两侧的多个连接孔101。连接孔101的内周表面涂覆有金属膜。覆盖连接孔101的内周表面的金属膜连接到设置在印刷电路板100中的预定印刷布线。

电气部件102包括在与印刷电路板100的各个连接孔101对应的位置处成为连接端子的金属引线103。电气部件102在将引线103插入印刷电路板100的各个连接孔101中的状态下布置在射流式焊接装置10上方。

射流式焊接装置10连接至未示出的机器人，并且根据机器人的移动操作沿着空箭头方向移动，以在从射流喷嘴15喷射熔融焊料11的同时执行焊接操作。

具体地，射流式焊接装置10在喷射的熔融焊料11不与印刷电路板100接触的高度位置处在印刷电路板100下方沿水平方向(长度方向和宽度方向自由地)移动，并且暂时停止在射流喷嘴15位于引线103的下方的位置处。

此后，射流式焊接装置10根据机器人的操作向上移动，并使喷射的熔融焊料11与印刷电路板100的连接孔101接触。由此，熔融焊料11由于毛细现象被吸入到连接孔101中，并且引线103和连接孔101的内表面的金属膜通过熔融焊料11连接。

此后，射流式焊接装置10下降到喷射的熔融焊料11不与印刷电路板100接触的位置，并移动到下一个焊接位置，然后重复上述焊接操作。

此时，射流式焊接装置10在熔融焊料11的喷射高度H低于理想值的情况下，可能导致引线103与连接孔101的内表面的金属膜之间的不良连接。此外，射流式焊接装置10可能导致相邻引线之间的短路。

当射流式焊接装置10中存储的熔融焊料11的量改变时，熔融焊料11的喷射高度H发生变化。因此，强制供给式压力控制装置1控制马达31的转速，使得即使存储在射流式焊接装置10中的熔融焊料11的量发生改变，熔融焊料11的喷射高度H也保持在理想值。接下来，将参照图3A至3C来解释马达控制。图3A至图3C是示出根据该实施例的强制供给式压力控制方法的说明图。

图3A至图3C示出了如下的状态：压力检测器3中具有阴影线的矩形的数量越大，由压力检测器3检测到的气体压力越高。此外，图3A至图3C示出了如下的状态：控制器4中具有阴影线的矩形的数量越大，控制器4向马达31输出用于以越高的转速使得马达31旋转的控制信号。

如图3A所示，射流式焊接装置10在开始焊接操作的时间点存储预定量的熔融焊料11。当射流式焊接装置10开始焊接操作时，控制器4向马达31输出用于将马达31的转速设定为默认值的控制信号。

这里，默认值是马达31的如下的转速值，该转速使得当熔融焊料11的储存量处于初始状态时，熔融焊料11的喷射高度H变成理想值。此时，。压力检测器3检测当熔融焊料11的喷射高度H在理想值时而检测到的参考气体压力，并将气体压力的检测结果输出至控制器4。

在图3A所示的状态的持续时间期间，控制器4继续向马达31输出用于将马达31的转速设定为默认值的控制信号。由此，控制器4能够将熔融焊料11的喷射高度H维持在理想高度。

之后，如图3所示，当射流式焊接装置10继续进行焊接操作时，熔融焊料11的储存量减少。由此，装载在推进器36(参照图1)上的熔融焊料11的重量减少，因此，在将马达31的转速控制在固定值时，熔融焊料11的强制供给式压力降低。

因此，在将马达31的转速不修改地保持为默认值时，熔融焊料11的喷射高度H变得比图3B的虚线所示的状态下的理想高度低。此时，由压力检测器3检测到的气体压力随着熔融焊料11的强制供给式压力的降低而减小。

因此，当从压力检测器3输入低于参考值的气体压力的检测结果时，控制器4向马达31输出一个控制信号，该控制信号将马达31的转速提高到高于默认值。由此，控制器4能够将熔融焊料11的喷射高度H保持在理想高度(图3B中的虚线所示的状态)。

此后，如图3C所示，熔融焊料11被重新填充到射流式焊接装置10中，因此熔融焊料11的储存量例如可以大于初始状态下的储存量。因此，由于装载在推进器36(见图1)上的熔融焊料11的重量大大增加，所以当马达31的转速被控制在固定值时，熔融焊料11的强制供给式压力增加。

因此，当马达31的转速被固定为高于默认值时，熔融焊料11的喷射高度H比图3C的虚线所示的状态下的理想高度高。此时，由压力检测器3检测到的气体压力随着熔融焊料11的强制供给式压力的增加而增加。

因此，当从压力检测器3输入高于参考值的气体压力的检测结果时，控制器4向马达31输出一个控制信号，该控制信号将马达31的转速减小到低于默认值。由此，控制器4将熔融焊料11的喷射高度H保持在理想高度(图3C中用虚线表示的状态)。

以这种方式，强制供给式压力控制设备1可以控制输出到马达31的控制信号，以基于压力检测喷嘴2中的气体压力将熔融焊料11的喷射高度H保持在理想高度，因此可以广泛应用于现有的射流式焊接装置10。

接下来，将参照图4以时间顺序解释上述强制供给式压力控制装置1和射流式焊接装置10的一系列操作和状态转换。图4是示出根据本实施例的强制供给式压力控制装置1和射流式焊接装置10的操作和状态转换的时序图。

图4从上方开始表示熔融焊料11的喷射高度的状态，压力检测喷嘴2中的气体压力(以下简称为“气体压力”)的状态，马达31的转速的状态，焊料温度的状态，以及开关阀7的打开和关闭状态。

如图4所示，控制器4在从时间点t1到时间点t2的时间段内使开关阀7保持在打开状态中，在该时间段，在开始由射流式焊接装置10执行的焊接操作之前，在时间点t1开始焊料的加热，并且在时间点t2焊料温度达到适宜温度。由此，即使当焊料温度升高时，气体压力也保持在与外部气体压力相等的压力下。在此期间，马达31的转速为零。因此，熔融焊料11的喷射高度H为零。

此后，当焊料温度在时间点t2达到适宜温度时，控制器4关闭开关阀7使其处于关闭状态。然后，控制器4向马达31输出使马达31以初始值旋转的控制信号。由此，马达31的转速逐渐升高。随着上升，开始从壳体构件14向射流喷嘴15强制供给熔融焊料11，气体压力开始逐渐上升，熔融焊料11的喷射高度H开始逐渐上升。

此后，射流式焊接装置10从马达31的转速达到默认值并且气体压力达到参考值的时间点开始执行焊接操作，熔融焊料11的喷射高度H在时间点t3达到理想高度。

此后，如图4的虚线所示在射流式焊接装置10使马达31的转速保持恒定的状态下，当熔融焊料11的储存量减少时，如图4的虚线所示熔融焊料11的喷射高度H例如从时间点t4逐渐减小。此时，随着熔融焊料11的喷射高度H的降低，气体压力逐渐降低。

因此，当压力检测器3检测到气体压力降低时，控制器4从时间点t4逐渐升高马达31的转速。由此，控制器4可以保持喷射高度H的熔融焊料11处于理想值，并且还可以将气体压力保持在参考值。

此后，例如，如图4的虚线所示在马达31的转速保持恒定的状态下，当熔融焊料11在时间点t5被重新填充到射流式焊接装置10中时，熔融焊料11的喷射高度H从时间点t5逐渐增加。此时，气体压力随着熔融焊料11的喷射高度H的增加而逐渐增大。

因此，当压力检测器3检测到气体压力的增加时，控制器4从时间点t5逐渐降低马达31的转速。由此，控制器4可以保持熔融焊料11的喷射高度H处于理想值，并且还可以将气体压力保持在参考值。

接下来，将参照图5来解释由根据本实施例的控制器4执行的处理。图5是图示根据实施例的由控制器4执行的处理的流程图。当射流式焊接装置10启动时，控制器4执行图5所示的处理。

具体而言，如图5所示，控制器4首先打开开关阀7(步骤S101)，并确定焊料温度是否等于或大于适宜温度(步骤S102)。当确定焊料温度不等于或不大于适宜温度时(步骤S102：否)，控制器4重复步骤S102的确定过程，直到焊料温度等于或大于适宜温度。

当确定焊料温度等于或大于适宜温度时(步骤S102：是)，控制器4关闭开关阀7(步骤S103)并启动马达31(步骤S104)。

然后，控制器4确定气体压力是否等于参考值(步骤S105)。当确定气体压力不等于参考值时(步骤S105：否)，控制器4确定气体压力是否小于参考值(步骤S107)。

当确定气体压力小于参考值时(步骤S107：是)，控制器4执行用于提高马达31的转速的控制(步骤S108)并将处理移至步骤S105。

当确定气体压力不小于参考值时(步骤S107：否)，控制器4确定气体压力是否大于参考值(步骤S109)。当确定气体压力大于参考值时(步骤S109：是)，控制器4执行用于降低马达31的转速的控制(步骤S110)，并将处理移至步骤S105。

当确定气体压力不大于参考值时(步骤S109：否)，控制器4将处理移至步骤S105。另一方面，当确定气体压力等于参考值时(步骤S105：是)，控制器4确定是否输入了终止信号(步骤S106)。

例如，当用户执行用于终止关于接收器6的强制供给式压力控制处理的终止操作时，终止信号从接收器6输入到控制器4中。当确定终止信号未被输入时(步骤S106：否)，控制器4将处理移至步骤S105。另一方面，当确定终止信号被输入时，控制器4终止处理(步骤S106：是)。

如上所述，根据本实施例的强制供给式压力控制装置包括压力检测喷嘴，压力检测器和控制器。将压力检测喷嘴的一端部插入壳体构件中，将熔融焊料从该壳体构件强制供入射流式焊接装置的焊料射流喷嘴。

压力检测器与压力检测喷嘴的另一端部连接，利用压力检测喷嘴内部的熔融焊料和压力检测器之间存在的气体，检测从所述一端部强制输入到压力检测喷嘴中的熔融焊料的压力。

控制器调节熔融焊料到焊料射流喷嘴的强制供给式压力，以使压力检测器检测的熔融焊料的压力变成参考压力。由此，强制供给式压力控制装置可以将熔融焊料的喷射高度控制在理想高度。

在上述实施例中，压力检测器检测压力检测喷嘴中的气体压力，但压力检测器可以具有检测压力检测喷嘴中的气体压力的结构，其中低氧化气体(例如，氮气)被插入到该压力检测喷嘴中。

在该构造中，开关阀连接到氮气容器，打开开阀直到熔融焊料的温度变为适宜温度，使压力检测喷嘴与氮气容器连通，并且压力检测喷嘴中的氮气压力与外部气体压力相等。然后在熔融焊料温度达到适宜温度后关闭开关阀，然后用压力检测器检测压力检测喷嘴内的氮气压力。

由此，可以防止强制供入到压力检测喷嘴中的熔融焊料的氧化。因此，强制供给式压力控制装置能够防止由于氧化而固化的熔融焊料附着在压力检测喷嘴上而引起的压力检测精度的降低。

此外，在上述实施例中，射流式焊接装置使用推进器喷射熔融焊料，然而，根据本实施例的强制供给式压力控制装置可应用于强制供给氮气以喷射熔融焊料的焊接装置。

在这种情况下，强制供给式压力控制装置可以根据压力检测喷嘴中的气体压力来控制将氮气强制供入焊料箱的泵的转速，以将熔融焊料的喷射高度保持在理想高度。

Claims

1.一种强制供给式压力控制装置，包括：

压力检测喷嘴，其一端部插入到壳体构件中，熔融焊料从所述壳体构件被强制供入射流式焊接装置的焊料射流喷嘴；

压力检测器，其与所述压力检测喷嘴的另一端部连接，所述压力检测器利用存在于所述压力检测喷嘴内部的熔融焊料和所述压力检测器之间的气体检测从所述一端部强制输入到所述压力检测喷嘴中的熔融焊料的压力；和

控制器，其调节到所述焊料射流喷嘴的熔融焊料的强制供给式压力，以使由所述压力检测器检测的熔融焊料的压力变成参考压力。

2.根据权利要求1所述的强制供给式压力控制装置，还包括：

接收器，其接收待被喷射自所述焊料射流喷嘴的所述熔融焊料的高度，其中

所述控制器将强制供给式压力设定为参考压力，通过该强制供给式压力，待被喷射自所述焊料射流喷嘴的所述熔融焊料的高度变成从所述接收器接收的高度。

3.根据权利要求1或2所述的强制供给式压力控制装置，其中，所述控制器控制将熔融焊料强制供给到所述焊料射流喷嘴的泵的转速，以调节强制供给式压力。

4.根据权利要求1或2所述的强制供给式压力控制装置，还包括：

开关阀，其打开和关闭将压力检测喷嘴内部的气体排出的排气孔；和

温度检测器，其检测所述熔融焊料的温度，其中，

所述控制装置将所述开关阀保持在打开状态，直到所述温度检测器检测到的温度达到预定温度，当检测到的温度达到预定温度时关闭所述开关阀，然后开始调节强制供给式压力。

5.一种由计算机执行的强制供给式压力控制方法，所述方法包括：

通过压力检测器，利用压力检测喷嘴内部的熔融焊料与所述压力检测器之间存在的气体，检测从所述压力检测喷嘴的一端部强制输入到所述压力检测喷嘴中的熔融焊料的压力，所述压力检测喷嘴的所述一端部被插入壳体构件中，熔融焊料被从所述壳体构件强制供入射流式焊接装置的焊料射流喷嘴；和

调节到所述焊料射流喷嘴的熔融焊料的强制供给式压力，使得熔融焊料的压力变成参考压力。