CN114700573B - 一种激光锡球焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种激光锡球焊装置，包括：纵向列粒装置、圆盘分粒装置、熔锡装置，还包括：视觉CCD、照明光源；料仓内设有皮带上料机构，锡球通过皮带上料机构中的小料斗带动，依次通过锡球收集器、V型槽、过渡管，最后在排序管中形成一列垂直向排序的锡球粒；圆盘分粒装置包括可旋转的分度盘、位置传感器，熔锡装置包括激光入射口、激光喷嘴、保护气体输送装置；分度盘上有锡球孔和透光孔，锡球孔接收锡球并转运至激光喷嘴中，再在保护气体氛围中激光加热并熔喷锡球至焊点上。本装置可避免卡球空球情形，制造成本低，操作方便，易于推广应用。

Description

一种激光锡球焊装置

技术领域

本发明涉及一种激光锡球焊装置，属激光焊接技术领域。

背景技术

锡球激光焊接系统主要应用于3C电子行业，如：摄像头模组、VCM模组、触点支架，磁头等精密微小元器件焊接，现有的锡球焊机结构中，设置有上盖板、下盖板、料仓，且上、下盖板中有一个转盘，所述转盘由电机带动绕中心轴旋转，转盘上部均匀分布有同心的小孔，所述料仓固定在上盖板上，料仓上设置有一个容置锡球滚动式通过的圆孔，所述圆孔与转盘上的小孔对接，以处锡球进入到转盘上的小孔中，然后转盘转动带动该锡球到下球位置，激光照射并熔化锡球后，带压保护性气体将再将熔化后的锡液经喷嘴喷出至焊点上；锡球焊接系统中采用的锡球直径一般为0.25~0.75mm系列。

该种焊接结构及操作工艺目前存在的问题有两个方面：其一是加工精度和装配要求非常高，导致设备价格昂贵；二是焊接过程中不可避免的经常出现卡球现象，一旦卡球，则需要拆开泵头进行细致的泵头清理工作，既费事费时又复杂，严重影响了系统工作。如中国发明专利“一种用于激光锡焊的锡球泵头”（201510612610.1），包括外套筒、安装在外套筒上的锡球桶、设于外套筒内的转子、驱动转子转动的电机，转子的圆柱面外壁向内凹陷设有至少一圈圆周分布的锡球容池，锡球桶安装于锡球容池所在纵向平面的上方且与锡球容池连通，外套筒下方设有落球通道，落球通道通过溜槽与喷嘴连通，当转子上的锡球容池转至下方时锡球容池与落球通道连通，处在转子上端的锡球容池用于承接锡球桶落下来的一颗锡球，转子转动时锡球封闭在锡球容池中，并在外套筒的内壁之间滑行，直至锡球容池运行到转子下方时锡球进入外套筒的落球通道。该装置采用了伺服电机结构，虽然可有效减少卡球的故障，但其实质上是将转盘模式中的卡球水平位置，转移到了垂直位置，仍然存在卡球问题，实际工作过程中甚至还存在空球的现象。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术所述问题，设计一种激光锡球焊装置，消除了多锡球进入分度盘上的锡球孔中的无序运动状态，改变为单个锡球排序进入锡球孔中，彻底解决了现有设计方案中存在两个锡球或者多个锡球之间的无序运动导致的卡球现象，同时对于设备的加工精度要求相应降低；节省了制造成本，且工作中维护简单，有利于推广应用。

本发明的技术方案是：一种激光锡球焊装置，包括：纵向列粒装置、圆盘分粒装置、熔锡装置，还包括：视觉CCD和照明光源；

所述纵向列粒装置包括：料仓、锡球收集器、V型槽、过渡管、排序管；所述料仓为圆柱状或椭圆形空腔容器，料仓上部设置有用于添加锡球的螺旋密封盖，料仓的内部设置有上料机构，所述锡球收集器、V型槽、过渡管和排序管依次位列于料仓后方；所述上料机构包括: 上料支撑、皮带轮、环形皮带、皮带电机；所述环形皮带斜放在装有锡球的料仓中，沿环形皮带的带面垂直向设置有呈点阵结构的小料斗，各小料斗用于依次承接料仓中存放的单个锡球，并将所述锡球转移至所述锡球收集器中；

所述锡球收集器为横截面呈椭圆形的锥状漏斗，锡球收集器斜放在环形皮带上部出锡球处，锡球收集器的出口与V型槽对接，所述V型槽的后端与过渡管对接，V型槽的槽面呈V字形，V型槽的槽深刚好容纳一个锡球，V型槽倾斜放置在过渡管上方，自锡球收集器掉落至V型槽上的锡球因自身重力作用，有序滚动V型槽的末端，再掉入过渡管内；所述过渡管为一根弧型管，所述排序管呈直立状，排序管上部与过渡管正下方对接，排序管下方悬空，排序管内径大于锡球直径，过渡管和排序管材质为金属或透明材料；

工作中，多个锡球经环形皮带上的小料斗转运至锡球收集器入口，在锡球收集器中自然排序后，在V型槽104中形成一列连续滚动的锡球，之后各锡球依次进入过渡管、再经过渡管进入排序管，形成由单个锡球组成的纵向锡球列粒；

所述圆盘分粒装置包括：分度盘、分度盘电机、位置传感器、上法兰、下法兰；所述位置传感器包括：光电发射传感器、光电接收传感器；所述分度盘电机用于间隙式驱动分度盘旋转；所述分度盘呈圆盘状，分度盘厚度小于锡球直径，分度盘上开有二圈圆孔，其中位于外圈的圆孔为透光孔，位于内圈的圆孔为锡球孔，所述透光孔用于透过位置传感器发射的光线，所述锡球孔的孔径大于锡球直径，锡球孔用于承接排序管下端掉落的锡球，并在分度盘电机驱动下将锡球转运至熔锡装置上方对应位置；所述上法兰和下法兰用于将分度盘扣合在上法兰和下法兰之间形成的狭小空间内，工作中分度盘相对于上、下法兰旋转，且下法兰上表面加工有环状凹槽，所述环状凹槽用于收集分度盘上溅落的锡粉，有利于定期清理积存的锡粉；

工作中，光电接收传感器接收到光电发射传感器发出的信号时，位置传感器动作并控制分度盘电机驱动的分度盘停转，此时分度盘上有一个锡球孔定位于排序管的正下方，锡球孔接收一粒锡球后，分度盘再次旋转一个角度后停止并接收下一个锡球；

设定：所述排序管下沿管口与分度盘上表面垂直距离可调，且最大值小于锡球直径，最小值大于锡球半径；所述排序管下沿管口中心位置在锡球孔旋转轨迹上前后可调；其有益效果是：可确保锡球连续有序的落入锡球孔中并被转运至熔锡装置上方；

所述熔锡装置包括：激光入射口、激光喷嘴、保护气体输送装置；所述激光喷嘴位于分度盘中某个锡球孔的正下方，所述激光入射口位于激光喷嘴正上方，所述保护气体输送装置用于向激光喷嘴内通入带压惰性气体；

所述照明光源用于对焊盘上的工件进行单色光照明，所述视觉CCD是一组成像透镜，所述成像透镜用于对焊盘工件上的标记点进行清晰成像，控制系统做视觉捕捉并定位，并控制机械部分运动至焊点坐标位置，再开始启动分度盘转动。

在分度盘停止转动时段，排序管内有锡球掉落至锡球孔中的同时，激光喷嘴上方锡球孔中的锡球正好掉入激光喷嘴内；由于设定了激光喷嘴的下部出口内径略小于锡球直径，因此锡球停堵在出口处，此时激光喷嘴内通入的带压惰性气体将使得激光喷嘴内气压上升至设定值，再通过激光入射口激光照射锡球至熔化，之后喷出液态锡球至焊点上，完成锡焊。

本发明的优点和有益效果是：

（1）本发明技术方案消除了多锡球进入分度盘上的锡球孔中的无序运动状态，改变为单个锡球排序进入锡球孔中，彻底解决了现有设计方案中存在两个锡球或者多个锡球之间的无序运动导致的卡球现象。

（2）解决了传统方案中的空球现象，避免了分度盘因空球情形导致的空转现象，节约了时间，提高了送球速度。

（3）分度盘设置在上、下法兰之间狭缝中，该狭缝能控制分度盘在一个狭小的空间内旋转，大大降低了转盘的加工精度和难度。

（4）采用本发明技术方案，使用中只需根据不同锡球粒径，更换与之相适应的排序管、分度盘和激光喷嘴即可适应不同焊接工况。

附图说明

图1是本发明“一种激光锡球焊装置”实施例系统结构示意图；

图2是图1主视图；

图3是本发明实施例中，纵向列粒装置、圆盘分粒装置结构示意图；

图4是图3中部分简化后的结构示意图；

图5是图4中采用锡球收集器结构示意图；

图6是图5中锡球收集器结构示意图。

附图中的标记说明：

图1、图2中：1-料仓，2－密封盖，3-过渡管，4-分度盘电机，5-排序管，6-位置传感器，7-上法兰，8-下法兰，9-激光入射口，10-照明光源，11-视觉CCD，12-锡球喷嘴；

图3、图4中：01-锡球，101-小料斗，102-皮带，103-锡球收集器，104-V型槽，105-驱动轴，106-上料支撑，701-分度盘，702-透光孔，703-锡球孔；

图5中：107-漏球区，108-折边。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。

参见图1至附图4，本发明一种激光锡球焊装置，包括：纵向列粒装置、圆盘分粒装置、熔锡装置，还包括：视觉CCD及照明光源；

所述纵向列粒装置包括：料仓1、锡球收集器103、V型槽104、过渡管3、排序管5；所述料仓1为圆柱状或椭圆形空腔容器，料仓1上部设置有用于添加锡球的螺旋密封盖2，料仓1的内部设置有上料机构，料仓1外部依次是：锡球收集器103、V型槽104、过渡管3、排序管5；所述上料机构包括:上料支撑106、皮带轮105、环形皮带102、皮带电机（图中未画出）；所述环形皮带102斜放在装有锡球的料仓1中，沿环形皮带102的带面垂直向设置有呈点阵结构的小料斗101，各小料斗101用于依次承接料仓中存放的单个锡球01，并将所述锡球01转移至锡球收集器103中；

参见图5，所述锡球收集器103为横截面呈椭圆形的锥状漏斗，锡球收集器103的后端为漏球区107，所述漏球区107的两侧有设置有折边108，锡球收集器103斜放在环形皮带102上部出锡球处，锡球收集器103的出口下方与V型槽104对接，所述V型槽104的后端与过渡管3对接，V型槽104的槽面呈V字形，V型槽104的槽深刚好容纳一个锡球，V型槽104倾斜放置在过渡管上方，自锡球收集器103掉落至V型槽104上的锡球01因自身重力作用，有序滚动至V型槽104的末端，再掉入过渡管3内；所述过渡管3为一根弧型管，所述排序管5呈直立状，排序管5上部与过渡管3正下方对接，排序管5下方悬空，排序管5内径大于锡球01直径，过渡管3和排序管5材质为金属或透明材料；

工作中，多个锡球经环形皮带102上的小料斗101转运至锡球收集器103入口，在锡球收集器103中自然排序后，在V型槽104中形成一列连续滚动的锡球，之后各锡球依次进入过渡管3、再经过渡管3进入排序管5，形成由单个锡球组成的纵向锡球列粒；

所述圆盘分粒装置包括：分度盘701、分度盘电机4、位置传感器6、上法兰7、下法兰8；所述位置传感器6包括：光电发射传感器、光电接收传感器；所述分度盘电机4用于间隙式驱动分度盘701旋转；所述分度盘701呈圆盘状，分度盘701厚度小于锡球01直径，分度盘701上开有二圈圆孔，其中位于外圈的圆孔为透光孔702，位于内圈的圆孔为锡球孔703，所述透光孔702用于透过位置传感器6发射的光线，所述锡球孔703的孔径大于锡球直径，锡球孔703用于承接排序管5下端掉落的锡球，并在分度盘电机4驱动下将锡球转运至熔锡装置上方对应位置；所述上法兰7和下法兰8用于将分度盘701扣合在上法兰7和下法兰8之间形成的狭小空间内，工作中分度盘701相对于上、下法兰旋转，且下法兰8上表面加工有环状凹槽，所述环状凹槽用于收集分度盘上溅落的锡粉，有利于定期清理积存的锡粉；

工作中，光电接收传感器接收到光电发射传感器发出的信号时，位置传感器6动作并控制分度盘电机4驱动的分度盘701停转，此时分度盘701上有一个锡球孔703定位于排序管5的正下方，锡球孔703接收一粒锡球01后，分度盘701再次旋转一个角度后停止并接收下一个锡球，周而复始；

设定：所述排序管5下沿管口与分度盘上表面垂直距离可调，且最大值小于锡球01直径，最小值大于锡球01半径；所述排序管5下沿管口中心位置在锡球孔703旋转轨迹上前后可调；这样可确保锡球01连续有序的落入锡球孔703中并被转运至熔锡装置上方；

由于分度盘701的厚度比锡球的直径小，这样，顺序排放在排序管5中的锡球01进入到分度盘701中时，该锡球之上的另一个锡球仍有部分位于排序管5内，露出排序管5部分则临时堆积在锡球孔703中的锡球上方，分度盘701旋转时，锡球孔703中的锡球01被带走，排序管5内的锡球则露出排序管口并与分度盘上表面相对滚动，直至落入后续转入的锡球孔703中，周而复始；

所述熔锡装置包括：激光入射口9、激光喷嘴12、保护气体输送装置；所述激光喷嘴12位于分度盘701中某个锡球孔的正下方，所述激光入射口9位于激光喷嘴12正上方，所述保护气体输送装置用于向激光喷嘴12内通入带压惰性气体；

工作中，照明光源10对焊盘上的工件进行单色光照明，便于视觉CCD11成像透镜对焊盘工件上的标记点进行清晰成像，控制系统做视觉捕捉并定位，并控制机械部分运动至喷嘴12对准焊点坐标位置，开始启动分度盘701的转动。

在分度盘701停止转动时段，排序管5内有锡球掉落至锡球孔703中的同时，激光喷嘴12上方锡球孔中的锡球正好掉入激光喷嘴12内；由于设定了激光喷嘴12的下部出口内径略小于锡球01直径，因此锡球停堵在出口处，此时激光喷嘴内12通入的带压惰性气体将使得激光喷嘴12内气压上升至设定值，再通过激光入射口9激光照射锡球至熔化，之后喷出液态锡球至焊点上，完成锡焊。

本发明技术方案消除了多锡球进入分度盘上的锡球孔中的无序运动状态，改变为单个锡球排序进入锡球孔中，彻底解决了现有设计方案中存在两个锡球或者多个锡球之间的无序运动导致的卡球现象。解决了传统方案中的空球现象，避免了分度盘由于空球情形导致的空转现象，节约了时间，提高了送球速度。分度盘设置在上、下法兰之间狭缝中，该狭缝能控制分度盘在一个狭小的空间内旋转，大大降低了转盘的加工精度和难度。采用本发明技术方案，使用中只需根据不同锡球粒径，更换与之相适应的排序管、分度盘和激光喷嘴即可适应不同焊接工况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (2)

1.一种激光锡球焊装置，包括：纵向列粒装置、圆盘分粒装置、熔锡装置，还包括：视觉CCD、照明光源；其特征在于：

所述纵向列粒装置包括：料仓、锡球收集器、V型槽、过渡管、排序管；所述料仓为圆柱状或椭圆形空腔容器，料仓上部设置有用于添加锡球的螺旋密封盖，料仓的内部设置有上料机构，所述锡球收集器、V型槽、过渡管和排序管依次位列于料仓后方；所述上料机构包括:上料支撑、皮带轮、环形皮带、皮带电机；所述环形皮带斜放在装有锡球的料仓中，沿环形皮带的带面垂直向设置有呈点阵结构的小料斗，各小料斗用于依次承接料仓中存放的单个锡球，并将所述锡球转移至所述锡球收集器中；

所述锡球收集器为横截面呈椭圆形的锥状漏斗，锡球收集器斜放在环形皮带上部出锡球处，锡球收集器的出口与V型槽对接，所述V型槽的后端与过渡管对接，V型槽的槽面呈V字形，V型槽的槽深刚好容纳一个锡球，V型槽倾斜放置在过渡管上方，自锡球收集器掉落至V型槽上的锡球因自身重力作用，有序滚动V型槽的末端，再掉入过渡管内；所述过渡管为一根弧型管，所述排序管呈直立状，排序管上部与过渡管正下方对接，排序管下方悬空，排序管内径大于锡球直径，过渡管和排序管材质为金属或透明材料；

工作中，多个锡球经环形皮带上的小料斗转运至锡球收集器入口，在锡球收集器中自然排序后，在V型槽104中形成一列连续滚动的锡球，之后各锡球依次进入过渡管、再经过渡管进入排序管，形成由单个锡球组成的纵向锡球列粒；

所述圆盘分粒装置包括：分度盘、分度盘电机、位置传感器、上法兰、下法兰；所述位置传感器包括：光电发射传感器、光电接收传感器；所述分度盘电机用于间隙式驱动分度盘旋转；所述分度盘呈圆盘状，分度盘厚度小于锡球直径，分度盘上开有二圈圆孔，其中位于外圈的圆孔为透光孔，位于内圈的圆孔为锡球孔，所述透光孔用于透过位置传感器发射的光线，所述锡球孔的孔径大于锡球直径，锡球孔用于承接排序管下端掉落的锡球，并在分度盘电机驱动下将锡球转运至熔锡装置上方对应位置；所述上法兰和下法兰用于将分度盘扣合在上法兰和下法兰之间形成的狭小空间内，工作中分度盘相对于上、下法兰旋转，且下法兰上表面加工有环状凹槽，所述环状凹槽用于收集分度盘上溅落的锡粉；

工作中，光电接收传感器接收到光电发射传感器发出的信号时，位置传感器动作并控制分度盘电机驱动的分度盘停转，此时分度盘上有一个锡球孔定位于排序管的正下方，锡球孔接收一粒锡球后，分度盘再次旋转一个角度后停止并接收下一个锡球；

设定：所述排序管下沿管口与分度盘上表面垂直距离可调，且最大值小于锡球直径，最小值大于锡球半径；所述排序管下沿管口中心位置在锡球孔旋转轨迹上前后可调；

所述熔锡装置包括：激光入射口、激光喷嘴、保护气体输送装置；所述激光喷嘴位于分度盘中某个锡球孔的正下方，所述激光入射口位于激光喷嘴正上方，所述保护气体输送装置用于向激光喷嘴内通入带压惰性气体；

工作中，照明光源对焊盘工件进行单色光照明，便于视觉CCD成像透镜对焊盘工件上的标记点进行清晰成像，控制系统做视觉捕捉并定位，并控制机械部分运动至焊点坐标位置，开始启动分度圆转动；

工作中，当分度盘停止转动时段，排序管内有锡球掉落至锡球孔中的同时，激光喷嘴上方锡球孔中的锡球正好掉入激光喷嘴内；所述激光喷嘴的下部出口内径略小于锡球直径，因此锡球停堵在出口处，此时激光喷嘴内通入的带压惰性气体将使得激光喷嘴内气压上升至设定值，再通过激光入射口激光照射锡球至熔化，之后喷出液态锡球至焊点上，完成锡焊。

2.如权利要求1所述一种激光锡球焊装置，其特征在于：所述照明光源用于对焊盘上的工件进行单色光照明，所述视觉CCD是一组成像透镜，所述成像透镜用于对焊盘工件上的标记点进行清晰成像，控制系统做视觉捕捉并定位，并控制机械部分运动至焊点坐标位置，再开始启动分度盘转动。