CN111318777A - 用于自动焊接过程的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于自动焊接过程的设备和方法。在至少一个实施例中，提供了用于自动焊接过程的设备。设备包括用来提供焊料的步进电机和包括外壳的热端，热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料。设备包括端子固定装置，端子固定装置用于在热端向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料时支撑端子和导线的暴露部分。设备包括第一加热装置，第一加热装置用于加热端子和导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到端子和导线的暴露部分上。

Description

用于自动焊接过程的设备和方法
技术领域
本文公开的方面大体上涉及用于自动焊接(solder)过程的设备和方法。例如，本文公开的方面通常提供一种利用热端(或焊料头)将焊料施加到导线和端子连接的设备和方法。在本文中将更详细地讨论这些方面和其它方面。
背景
Mark等人的美国公开号2016/0129643公开了三维打印机和增强长丝及其各种使用方法。在一个实施例中，无空隙增强长丝被送入导管喷嘴。增强长丝包括可以是连续的或半连续的芯以及围绕芯的基体材料。在将长丝从导管喷嘴中拉出之前，将增强长丝加热到高于基体材料的熔化温度且低于芯的熔化温度的温度。
概述
在至少一个实施例中，提供了用于自动焊接过程的设备。设备包括用来提供焊料的步进电机和包括外壳的热端，热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料。设备包括端子固定装置(fixture)，端子固定装置用于在热端向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料时支撑端子和导线的暴露部分。设备包括第一加热装置，第一加热装置用于加热端子和导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到端子和导线的暴露部分上。
在至少另一实施例中，提供了用于自动焊接过程的设备。设备包括用来提供焊料的步进电机和热端，热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料。设备包括端子固定装置，端子固定装置用于在热端向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料时支撑端子和导线的暴露部分。设备包括第一加热装置，第一加热装置用于加热端子和导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到端子和导线的暴露部分上。
在至少另一实施例中，提供了用于自动焊接过程的设备。设备包括热端，热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料。设备包括端子固定装置，端子固定装置用于在热端向端子和导线的暴露部分提供液化焊料时支撑端子和导线的暴露部分。设备包括第一加热装置，第一加热装置用于加热端子和导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到端子和导线的暴露部分上。
附图说明
在所附权利要求中特别指出了本发明的实施例。然而，通过结合附图参考下面的详细描述，各个实施例的其他特征将变得更明显并且将被最佳地理解，其中：
图1描绘了根据一个实施例的用于提供自动焊接过程的设备；以及
图2描绘了根据一个实施例的用于提供自动焊接过程的过程。
详细描述
根据要求，本发明的详细实施例在本文被公开；但是，将被理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以体现为各种各样的且可替代的形式。附图不必是按比例的；一些特征可能被放大或最小化，以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。
本公开的实施例通常提供多个电路或其它电气装置。对电路和其它电气装置以及由每个电路和装置提供的功能的所有提及并非想要限于只包括本文所说明和描述的内容。虽然特定的标签可被分配到所公开的各种电路或其它电气装置，但是这样的标签并非旨在限制电路和其它电气装置的操作的范围。这样的电路和其它电气装置可基于所期望的特定类型的电气实施方案而以任何方式彼此组合和/或分离。认识到，本文公开的任何电路或其它电气装置可包括任何数量的微控制器、图形处理器单元(GPU)、集成电路、存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或它们的其它适当变型)以及彼此协作来执行本文公开的操作的软件。另外，这些电气装置中的一个或更多个可以被配置为执行计算机程序，该计算机程序被体现在非暂态计算机可读介质中，该计算机程序被编程以执行所公开的任意数量的功能。
图1描绘了根据一个实施例的用于提供自动焊接过程的设备10。设备10形成端子压接机(terminal crimping machine)。设备包括焊料头12(以下称为“热端”)，用于将焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34。在一个示例中，热端12可以类似于结合三维打印机使用的热端。热端12包括电阻加热器14和至少一个热电偶24。热端12通常包括形成其外部部分的合金或钢外壳18。外壳18限定了用于收集焊料22的空腔(或储存器)20。热端12包括位于外壳18上的至少一个热电偶24。温度控制器26电耦合到电阻加热器14。认识到，电阻加热器14包括电阻器，该电阻器响应于从温度控制器26接收电压而是热激活的。电阻加热器14向焊料22施加热能，从而基于温度控制器26提供的电压使焊料22加热并从焊料头12的开口28流出。外壳18包括限定开口28的喷嘴27。
设备10还包括端子固定装置30。端子32被放置在端子固定装置30上，以接收导线36的暴露部分34。端子32和导线36的暴露部分34在定位在端子固定装置30上时从热端12接收焊料22。认识到，端子32可以是一起组装在端子卷轴(未示出)上的多个端子中的一个。进一步认识到，导线36的暴露部分34包括聚集在一起的铜绞线(或铜丝)。通常，端子32可以是公端子或母端子，并且通常包括开口以接收导线36的暴露部分34。端子32和导线36的暴露部分34形成用于接收液态焊料22的接口38，以在焊料22冷却时将端子32固定地附接到暴露部分34。
端子固定装置30包括电阻加热装置40。电阻加热装置40可以类似于位于热端12上的电阻加热器14，并且包括响应于电压而产生热能的电阻器(未示出)。单独的温度控制器41可以将电压施加到电阻加热装置40，使得电阻加热装置40产生预定温度的热能，以帮助将焊料22的流从热端12提供到端子32和导线36的暴露部分34上。电阻加热装置40也位于端子32下方，以帮助将焊料22的流提供到端子32和导线36的暴露部分34上。在这种情形中，电阻加热装置40向接口38施加热能，以使焊料22能够流向端子32，并流向包括导线36的暴露部分34的一组铜丝。电阻加热装置40使焊料22能够覆盖端子32和导线36的暴露部分34的更多表面积。在热端12施加焊料22之后，焊料22冷却，从而与端子32和导线36的暴露部分34形成机械连接。认识到，在热端12将焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34之前，端子32可以压接到暴露部分34。
当喷嘴27将焊料22分配到端子32和导线36的暴露部分34上时，电阻加热装置40帮助保持焊料22的足够的体积流速。此外，开口28和喷嘴27的直径也有助于保持焊料22到端子32和导线36的暴露部分34上的高体积流速。
提供步进电机42来控制被施加到热端12以及随后被施加到端子32和导线36的暴露部分34的焊料22的量。顺序控制器44控制步进电机42将焊料22线性馈送到热端12，以控制适当量的焊料22从热端12到端子32和导线36的暴露部分34。这种情况使设备10能够向不同横截面或规格的导线提供合适量的焊料22。在一个示例中，设备10可以将大约0.01克的焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34上。另外，这种情况使设备10能够向横截面积为0.08-0.13mm2的导线提供合适量的焊料22。传统系统无法针对导线的这种特定直径将导线焊接到端子。此外，传统的系统无法向这种尺寸的端子和导线直径提供适当量的焊料。认识到，由于设备10可以将足够量的焊料22施加到较小规格的导线上，因此设备10也可以将适当量的焊料22施加到较大规格的导线上。伺服电机25可操作地耦合到热端12，以在将焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34时，相对于端子固定装置30的位置在x、y和z轴(或方向)上移动热端12。控制器(未示出)可以控制伺服电机25将热端12移动到期望的位置，用于将焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34。
如上所述，为了精确控制每个应用循环中分配的焊料22的量，步进电机42控制焊料22到热端12的线性馈送。这种情况与分配到端子32和导线36的暴露部分34上的焊料22的量直接相关。步进电机42通常包括由线圈(未示出)包围的齿轮或转子(未示出)。当线圈通电时，这种情况导致转子以预定角度或步长绕轴旋转。顺序控制器44通过选择性地激励线圈来控制转子以不同的步长旋转。例如，顺序控制器44以适当的顺序向步进电机42中的每个线圈供电。
当设置用于焊接操作的设备10时，可以通过测试来建立将从热端12分配到端子32和导线36的暴露部分34的合适量的焊料22。一旦已经为特定应用建立了合适量的焊料22，顺序控制器44可以被编程为可重复地在所要求的特定点处提供合适量的焊料。顺序控制器44通过以合适的度数增量地推进步进电机42(例如，推进转子)来实现这一点，然后可以将转子反转特定的度数，以精确控制被线性馈送到热端12中的焊料22的量。这种合适度数的增量前进和特定度数的反转通常对应于预定的度数。因此，顺序控制器44可以基于预定的度数控制步进电机42将焊料22移动到热端12。顺序控制器44还可以控制步进电机42缩回，使得附加焊料22不会在热端12处液化，导致过程中的不可预测性。
如上所述，温度控制器26电耦合到位于焊料头12的外壳18上的热电偶24。热电偶24向温度控制器26提供指示储存器20内焊料22温度的信号。如果温度控制器26确定焊料22的温度超过预定温度阈值，则温度控制器26可以禁用电阻加热器14和/或启动冷却风扇48，以允许储存器20中的焊料冷却到低于预定温度阈值的温度。在一个示例中，在确定焊料22的温度超过预定温度阈值之后，温度控制器26可以提高冷却风扇48的速度以冷却焊料22。冷却风扇48通常定向为向外壳18提供冷空气。如果温度控制器26确定焊料22的温度低于预定温度阈值，则温度控制器26继续控制电阻加热器14将焊料22加热到期望的温度，以使来自外壳18的流量达到足够的水平。认识到，温度控制器26也可以停用冷却风扇48。可替代地，温度控制器26也可以降低冷却风扇48的速度，以使焊料22能够升温到预定温度阈值。
图2描绘了根据一个实施例的用于提供自动焊接过程的过程100。认识到，下面提到的各种操作可以彼此并行执行。此外，下面提到的操作的顺序可不同于操作被阐述的顺序。
在操作102中，步进电机42在顺序控制器44的控制下将焊料22推进到热端12。
在操作104中，温度控制器26激活热端12的电阻加热器14来加热焊料22，以达到热端12的储存器20内的预定温度。
在操作106中，温度控制器26监控热端12的储存器20内的焊料22的温度，并控制电阻加热器14以提供预定温度的焊料22。
在操作108中，从卷轴中拉出导线36。
在操作110中，剥线钳从导线36剥离导线绝缘体，以提供导线36的暴露部分34。
在操作112中，设备10选择端子32，并将端子32放置在端子固定装置30上形成的空腔(或端子支撑结构)内。
在操作114中，设备10将导线36的暴露部分34放置到端子32中。
在操作116中，设备10将端子32压接到导线36的暴露部分34上，并压接到导线36的绝缘部分上。
在操作118中，单独的温度控制器41激活端子固定装置30上的电阻加热装置40，以加热导线组件(例如，端子32和导线36的暴露部分34)。
在操作120中，电阻加热装置40加热导线36的暴露部分34。
在操作122中，伺服电机25将热端12移向端子32和导线36的暴露部分34。热端12然后将焊料22施加到端子32和导线36的暴露部分34上。如上所述，伺服电机25可以在三个轴中的任何一个轴上移动热端12。在这种情形中，当焊料22在形成暴露部分34的铜线细丝内移动并移动到端子32上时，来自电阻加热装置40的热量使焊料22能够覆盖端子32和暴露导线34的更多表面积。
在操作124中，设备10将焊接的导线组件放置在保持区域中。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不旨在描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，并且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种实施的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。

Claims (20)

1.一种用于自动焊接过程的设备，包括：
步进电机，其用于提供焊料；
热端，其包括外壳，所述热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料；
端子固定装置，其用于在所述热端向所述端子和向所述导线的暴露部分提供所述液化焊料时支撑所述端子和所述导线的暴露部分；以及
第一加热装置，其用于加热所述端子和所述导线的暴露部分，以使所述液化焊料能够流到所述端子和所述导线的暴露部分上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一加热装置位于所述端子固定装置上，以加热所述端子和所述导线的暴露部分。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一加热装置是第一电阻加热装置。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括顺序控制器，所述顺序控制器被配置成控制所述步进电机，所述步进电机包括以预定度数旋转的转子，以向所述热端提供焊料。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热端向所述端子和向所述导线的暴露部分提供预定量的液化焊料。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个热电偶，所述热电偶位于所述外壳上，以提供指示所述外壳内的焊料温度的信号。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括第二加热装置，所述第二加热装置位于所述外壳上，以加热焊料来提供所述液化焊料。
8.根据权利要求7所述的设备，还包括温度控制器，所述温度控制器被配置成接收所述信号，并基于所述信号控制所述第二加热装置来加热焊料以达到预定温度。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导线具有0.08-0.13mm2的横截面积。
10.一种用于自动焊接过程的设备，包括：
步进电机，其用于提供焊料；
热端，其用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料；
端子固定装置，其用于在所述热端向所述端子和向所述导线的暴露部分提供液化焊料时支撑所述端子和所述导线的暴露部分；以及
第一加热装置，其用于加热所述端子和所述导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到所述端子和所述导线的暴露部分上。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一加热装置位于所述端子固定装置上，以加热所述端子和所述导线的暴露部分。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一加热装置是第一电阻加热装置。
13.根据权利要求10所述的设备，还包括顺序控制器，所述顺序控制器被配置成控制所述步进电机，所述步进电机包括以预定度数旋转的转子，以向所述热端提供焊料。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述热端向所述端子和向所述导线的暴露部分提供预定量的液化焊料。
15.根据权利要求10所述的设备，还包括至少一个热电偶，所述热电偶位于所述热端上，以提供指示所述热端内的焊料温度的信号。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括第二加热装置，所述第二加热装置位于所述热端上，以加热焊料来提供所述液化焊料。
17.根据权利要求16所述的设备，还包括温度控制器，所述温度控制器被配置成接收所述信号，并基于所述信号控制所述第二加热装置来加热焊料以达到预定温度。
18.根据权利要求10所述的设备，其中，所述导线具有0.08-0.13mm2的横截面积。
19.一种用于自动焊接过程的设备，包括：
热端，其包括外壳，所述热端用于加热焊料并向端子和向导线的暴露部分提供液化焊料；
端子固定装置，其用于在所述热端向所述端子和向所述导线的暴露部分提供液化焊料时支撑所述端子和所述导线的暴露部分；以及
第一加热装置，其用于加热所述端子和所述导线的暴露部分，以使液化焊料能够流到所述端子和所述导线的暴露部分上。
20.根据权利要求19所述的设备，还包括步进电机，所述步进电机包括转子，所述转子被配置成以预定的度数旋转，以向所述热端提供焊料。
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