CN114713924B - 一种密集针脚连接器激光软钎焊装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种密集针脚连接器激光同轴软钎焊装置，包括光路机构及CCD成像机构、送丝机构、焊线分拨机构；光路机构产生针脚焊接处的环形激光，CCD成像机构用于视觉判断针脚实际位置并指导实时位置校准，送丝机构用于在保护气体氛围中送入焊丝，焊线分拨机构包括分拨器、阶梯轴、直行轴、直行轴导向器、支撑套、直行轴及阶梯轴驱动电机，分拨器包括设定圈数且套装在一起的同轴圆筒组合体，焊线分拨机构用于固定连接器、夹持导线、依次弯曲线头并对准针脚后定位，之后再依次实施各针脚的激光焊接。焊线分拨器依次将通过治具夹持住的线头送入钎焊区焊接；装置结构简单，解决了旁轴送丝焊中的障碍物问题，激光对位准确，提高了焊接良品率和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种密集针脚连接器激光同轴软钎焊装置，属激光焊接技术领域。
背景技术
密集针脚连接器的激光软钎焊，通常采用的是激光旁轴送丝焊，激光旁轴送丝焊通常采用旁轴送丝的方式，出口位置与激光的光轴方向形成一个角度，对于焊盘周围有复杂的障碍物的情况，容易发生锡丝碰撞情况，并且在某些场合——如焊盘需防止氧化时，即需要旁轴保护气体输送装置，使得系统结构复杂，耗气量大且效果不理想；一方面，对于送丝焊，小焊锡丝的直线度和激光熔化锡丝的长度控制以及送丝速度控制，均是影响焊锡质量的重要工艺参数，另一方面，小焊丝激光旁轴送丝焊，对于激光的定位要求比较高，稍有不慎则容易发生激光焦点偏离焊丝中心轴等问题，造成烧针脚或针脚过热问题，特别是针对密集连接器的软钎焊，该问题尤为突出；若采用同轴送丝的方式的环形激光焊接工艺，虽然可解决旁轴送丝导致的激光与焊丝对位精度要求高、避免烧针脚现象，但由于激光光源基本是高斯分布，中心能量密度高，而环形光束整形器件要求光源的轴向与整形光学器件的棱锥中心轴线严格同轴，环形光束整形后，将使环形截面上的激光能量的轴向分布更不均匀，局部过高的能量密度仍然会导致焊丝爆锡现象；另外，针对密集针脚连接器的激光软钎焊，由于剥开的线头与绝缘胶皮距离近，当激光聚焦、光路控制、焊丝送丝及整形、导线整形等任一项控制出现微小问题，均有可能出现烧胶皮产生烟尘现象，导致针脚被污染，严重影响钎焊效果。
密集针脚连接器的钎焊一直是行业内的一个难点，包括：锡丝焊的旁轴送丝产生干涉、焊丝与激光之间的定位、如何提高焊接良品率及焊接效率等诸多问题，如何有效的克服这些难点，取得良好的焊接效果，一直是业内不断研究的课题。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术所述问题，设计一种密集针脚连接器激光软钎焊装置，是采用与激光同轴送丝、同轴送保护气体、连接器中心轴与激光轴呈设定夹角、焊线分拨器依次将通过治具夹持住的线头送入钎焊区进行焊接方式；解决了旁轴送丝焊中的障碍物问题，大大降低了软钎焊中小焊丝的激光对位要求比较高的困难，激光能量被软钎焊丝完全吸收，改善了因激光对位焊丝不准导致的烧焊盘现象，实现了导线的分批次对准和焊接工序，大大提高了焊接良品率和工作效率。
本发明的技术方案是：一种密集针脚连接器激光软钎焊装置，包括：光路机构及CCD成像机构、送丝机构、焊线分拨机构；所述光路机构用于产生在针脚焊接处形成焦点的环形激光，所述CCD成像机构用于视觉判断针脚实际位置并指导实时位置校准，所述送丝机构用于在保护气体氛围中送入焊丝，所述焊线分拨机构用于固定连接器、夹持导线、依次弯曲线头并对准针脚后定位，之后再依次实施各针脚的激光焊接；
所述光路机构是一套激光匀化准直单元，包括：激光光源101、均化片、准直镜、整形器、反射镜104、聚焦镜106、密封窗片107，还包括：遮光板111；反射镜104与平面呈45°角设置；光路机构上部为长方体状腔体，下部为圆锥状腔体，所述密封窗片107双面镀膜，密封窗片107用于隔离长方体状腔体与圆锥状腔体之间的物理空间，并透过焊接所需的激光；采用激光匀化准直单元，有利于将能量为高斯分布的激光束进行能量平顶匀化分布并准直；
所述激光光源101沿Z轴自上向下发出激光，依次经过均化片、准直镜、整形器、反射镜、和聚焦镜，最终在针脚焊接处形成环形激光束；环形激光束中部为中空区，所述中空区内布置有与激光束同轴的焊丝110；
所述CCD成像机构包括：成像透镜103、同轴成像CCD102；焦点位置的光线向上反射到反射镜104，再经过成像透镜103同轴成像CCD102的面元上，进行成像；实现视觉判断针脚的实际位置并依此做实时位置校准，并判断待焊之焊线301头部裸露的导线状态、确认导线3的胶皮位置和导线头部弯曲姿态；所述反射镜104对于上方垂直向射入的激光是高透，对于来自焦点的照明光源是高反射；
所述送丝机构包括：导丝轮对、准直机构109、送丝管、遮光板111；所述导丝轮对用于自外部水平向引入焊丝110，再穿入送丝管前端，并在送丝管引导下将焊丝弯曲至垂直状进入准直机构109；所述准直机构109包括至少二组对称分布在Z轴两侧的小齿轮对，焊丝穿过所述小齿轮对后被校直，校直后的焊丝沿Z轴送至出丝口，出丝口位于光路机构下部的圆锥状腔体内，送丝管末端固连在密封窗片107中；圆锥状腔体侧部还设置有保护气体接入口108，所述保护气体接入口108位于密封窗片107之下；工作中，引入的保护气体大部分自出丝口处环绕在焊丝周围向下喷出，构成焊接区与焊丝同轴的保护气体，还有小量保护气体沿着送丝管与焊丝之间的内壁自送丝管前端逆向喷出，屏蔽外部空气；
所述遮光板111固连在长方体状腔体中的下部，遮光板111用于阻隔送丝管上方射入的激光，防止因焊丝温升引起软化变形或堵塞送丝管；
所述焊线分拨机构包括：分拨器4、阶梯轴5、直行轴6、直行轴导向器7、直行轴驱动电机8、阶梯轴旋转电机9、支撑套10；
所述分拨器4包括：设定圈数且套装在一起的同轴圆筒组合体，还包括：支撑套10；各圈同轴圆筒的前端直径小后端直径大，各同轴圆筒401之间可相互滑动旋转，各圈同轴圆筒的长度设置为：最内圈同轴圆筒至最外圈同轴圆筒的长度依次呈等差级数值增长，各圈同轴圆筒的前端平齐，后端呈内凹的漏斗状锥体；每一同轴圆筒的后端圆筒面上开有至少一个销孔404，所述销孔404是沿同轴圆筒径向开设的通孔；
每一同轴圆筒的前端沿轴向固连一支导线固定杆402，所述导线固定杆402的一侧开有用于嵌入待焊接导线线头的半圆状凹槽，所述导线固定杆402的另一侧设置有导线压紧块403，所述导线压紧块403上也开有与所述导线固定杆402的半圆状凹槽相对应的半圆状凹槽；导线压紧块403通过磁力吸引并贴合在导线固定杆402上；
所述支撑套10设置在分拨器4的下方，支撑套10用于支撑套装在一起的同轴圆筒组合体，并阻止分拨器4沿轴向往外窜动，最外圈同轴圆筒可相对于支撑套10上表面沿周向滑动旋转，支撑套固连在机架上；
所述阶梯轴5是一个中空的旋转轴，阶梯轴5的前端是直径依次增大的呈锥状阶梯状的多个圆台，各圆台内径和外径分别与所述分拨器4的各同轴圆筒的内径和外径相等，阶梯轴前端锥状阶梯插入并套装在所述同轴圆筒组合体的后端内凹状锥体内，，且阶梯轴与同轴圆筒组合体的接触面之间滑动配合；
沿阶梯轴各圆台的径向开有直通轴心的销钉孔502，所述销钉孔502内设置有销钉503、弹簧504、压环505；所述销钉503、弹簧504、压环505在销钉孔502内构成类似于弹子锁锁芯结构，当无外力挤压时，所述销钉503的一端在弹簧504压力作用下，弹出至阶梯轴的中空的孔内，此时与阶梯轴的圆台对接的同轴圆筒可相对于阶梯轴旋转；
当阶梯轴中空的孔内出现有沿径向挤压销钉503的作用力时，所述销钉503沿径向向外伸出一部分，所述伸出部分插入相应的同轴圆筒上开设的销孔404中，由此，当阶梯轴在阶梯轴旋转电机9驱动下旋转一个设定角度时，相应的同轴圆筒亦同步旋转一个相等的角度；
工作中，阶梯轴每次仅带动一个同轴圆筒旋转一设定角度；
所述直行轴6类似于弹子锁的钥匙，直行轴6的前端设置有环状凸轮601，直行轴的前端可沿轴向插入阶梯轴中空的孔内，所述环状凸轮601用于挤压或释放销钉503沿径向伸缩；直行轴6的的中部外圆上设置有沿径向凸起的导向销钉602；
所述直行轴导向器7包括：导向槽701、内螺纹导向杆702、内螺纹导向杆固定螺母703、直行轴驱动电机8；所述导向槽701呈圆筒状，导向槽701的上侧开有槽口，导向槽701的后端加工有外圆螺纹，所述内螺纹导向杆固定螺母703与所述外圆螺纹旋接；
所述直行轴6的后端插入导向槽701内，且直行轴6上设置的导向销钉602穿过导向槽701上侧槽口；
所述内螺纹导向杆702套装在导向槽701外部，内螺纹导向杆702的内圆上加工有螺旋状导槽，所述导向销钉602穿过导向槽701上侧槽口后，嵌入所述螺旋状导槽的槽缝中，所述直行轴驱动电机8用于驱动内螺纹导向杆702正反转，当内螺纹导向杆702旋转时，即通过导向销钉602带动直行轴6沿阶梯轴的轴向直线往返运动，直行轴6上的环状凸轮依次挤压或释放销钉503沿径向伸缩，进而依次带动各同轴圆筒旋转一个设定角度。
优选地，用于激光焊接线头的密集针脚连接器2的中心轴与激光垂直轴之间设置为一设定的夹角，密集针脚连接器上伸出的针脚201呈矩阵状整齐排列，所述同轴圆筒的个数等于针脚201行数，各同轴圆筒前端设置的导线固定杆402上开设的半圆状凹槽个数与密集针脚连接器2中，每一行针脚201的个数相等；
工作中，当密集针脚连接器2安放到位后，再通过手工或机器人将已夹持好与针脚201矩阵相一致的线头矩阵的同轴圆筒组合体，与所述阶梯轴前端套合后，放置在所述支撑套10的上方，再通过控制器，自内至外依次驱动同轴圆筒组合体中的各同轴圆筒旋转一个设定的角度，整排整排的将导线压紧块403与导线固定杆402之间夹持的各个线头旋转弯曲至与相应位置上的各个针脚201接触，再启动准直及送丝机构，垂直向下伸出焊丝至焊接处，然后启动激光实施焊接；
同一排针脚201中，当某一个针脚焊接完成后，再通过外部设置的驱动机构，驱动环形光束同轴送丝激光头1，沿着同轴圆筒401的轴向平移一个针脚之间的列距，实施本排中下一个针脚的焊接，直至完成本排针脚的焊接，再弯曲下一排线头至与下一排针脚同一一同轴后，重复所述激光焊接作业，直至完成一个密集针脚连接器2的全部针脚焊接，之后同时取出密集针脚连接器2、同轴圆筒组合体及导线3，然后分别控制：环形光束同轴送丝激光头1、直行轴6、阶梯轴至初始位置，进入下一个密集针脚连接器的焊接作业。
本发明的优点和有益效果是：
(1)本发明技术方案解决了旁轴送丝焊中的障碍物问题，大大提高了激光软钎焊设备的适用性。
(2)软钎焊丝经过环形激光光路中心轴送出，大大降低了软钎焊中小焊丝的激光对位要求比较高的困难，激光能量被软钎焊丝吸收，根本上改善了由于激光对位焊丝不准导致的烧焊盘现象。
(3)环形激光照射，对焦点处的焊锡丝均匀加热，改善了浸润性。
(4)本技术方案中，激光和焊丝同轴、同焦点，便于精确控制软钎焊位置。
(5)激光软钎焊装置中，焊丝可以有助焊剂，焊盘材料不限于金、银材料，改善了锡球焊的应用只限于小焊盘和焊盘为金、银贵重材料的应用局限性。
(6)本发明所设计的保护气体，为环形对称，在焊盘区域，形成完整的保护气氛区域，能更有效防止熔化装填软钎焊料的氧化发黑。
(7)本发明所设计的焊丝校直机构，改善了软钎焊丝的直线度，提高了激光软钎焊焊点的位置精度。
(8)密集针脚连接器的中心轴线与激光轴成一定夹角设置，焊线细分固定单元含多路线槽和压紧块，还有一个分段的旋转机构，实现了线头与针脚之间的分批次对准和焊接工序，提高了良率和效率。
(9)分拨器的中心旋转轴将分拨器不同圆环上夹持的线头组成的矩阵，经过一定角度旋转后，映射到密集针脚连接器的针脚矩阵上，形成一对一的对应关系，有利于提高焊接工效。
(10)分拨器的不同圆台内有销钉孔，该销钉孔与阶梯轴上对应的圆柱阶梯上的销钉孔大小相同，并形成对应关系，结构简单，实用性强。
(11)分拨器可以与运动机构分离，可以将人工已经装配好焊线的分拨器放置到运动机构上，便于提高生产效率。
附图说明
图1是本发明“一种密集针脚连接器激光同轴软钎焊装置”实施例系统结构示意图；
图2是环形光束同轴送丝激光头内部构成示意图；
图3是图2中，Ⅱ处放大后示意图；
图4是将图3更换一个角度后的结构示意图；
图5是沿图2中A-A线剖视后，分拨器及阶梯轴5、直行轴6、直行轴导向器7内部结构示意图；
图6是阶梯轴和直行轴在工作时的相对位置示意图；
图7是直行轴外观结构示意图；
图8是阶梯轴与导向槽701、内螺纹导向杆702、内螺纹导向杆固定螺母703之间，连接关系示意图；
图9是密集针脚连接器2外观结构示意图；
图10是分拨器以及各同轴圆筒前端用于夹持线头阵列的导线固定杆402和导线压紧块403结构示意图；
图11是同轴圆筒组合体4后端结构示意图。
附图中的标记说明：
图1中：1—环形光束同轴送丝激光头，2-密集针脚连接器，3-导线阵列，4-同轴圆筒组合体，5-阶梯轴，6-直行轴，7-直行轴导向器，8-直行轴驱动电机，9—阶梯轴旋转电机，10—支撑套，11—机架；
图2中：101-激光光源，102-同轴成像CCD，103-成像透镜，104-反射镜，106-聚焦镜，207-密封窗片，108-保护气体接入口，109-准直机构，110-焊丝，111-遮光板；
图3、图4、图9、图10中：201—针脚，301—线头，401-同轴圆筒402-导线固定杆，403-导线压紧块，304-紫外光源，305-红外透镜组，306-进气孔，307-红外传感器；
图5、图8、图11中：404—销孔，501—阶梯轴支撑段，701-导向槽，702-内螺纹导向杆，703-内螺纹导向杆固定螺母；
图6中：501-阶梯轴圆台，502-销钉孔，503-内设置有销钉，504-弹簧，505-压环，506-阶梯轴同步带轮；
图7中：601—环状凸轮，602-导向销钉。
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11，本发明一种密集针脚连接器激光软钎焊装置，包括：光路机构及CCD成像机构、送丝机构、焊线分拨机构；所述光路机构及CCD成像机构组成环形光束同轴送丝激光头1，光路机构用于产生在针脚焊接处形成焦点的环形激光，所述CCD成像机构用于视觉判断针脚实际位置并指导实时位置校准，所述送丝机构用于在保护气体氛围中送入焊丝，所述焊线分拨机构用于固定连接器、夹持导线、依次弯曲线头并对准针脚并定位后，再实施激光焊接。
参见图1和图2，所述光路机构是一套激光匀化准直单元，包括：激光光源101、均化片、准直镜、整形器、反射镜104、聚焦镜106、密封窗片107，还包括：遮光板111；反射镜104与平面呈45°角设置；光路机构上部为长方体状腔体，下部为圆锥状腔体，所述密封窗片107双面镀膜，密封窗片107用于隔离长方体状腔体与圆锥状腔体之间的物理空间，并透过焊接所需的激光；采用激光匀化准直单元，有利于将能量为高斯分布的激光束进行能量平顶匀化分布并准直。
设定垂直向为Z轴，所述激光光源101沿Z轴自上向下发出激光，依次经过均化片、准直镜、整形器、反射镜、和聚焦镜，最终在针脚焊接处形成环形激光束；环形激光束中部为中空区，所述中空区内布置有与激光束同轴的焊丝110。
所述CCD成像机构包括：成像透镜103、同轴成像CCD102；焦点位置的光线向上反射到反射镜104，再经过成像透镜103同轴成像CCD102的面元上，进行成像；实现视觉判断针脚的实际位置并依此做实时位置校准，并判断待焊之焊线301头部裸露的导线状态、确认导线3的胶皮位置和导线头部弯曲姿态；所述反射镜104对于上方垂直向射入的激光是高透，对于来自焦点的照明光源是高反射。
所述送丝机构包括：导丝轮对、准直机构109、送丝管、遮光板111；所述导丝轮对用于自外部水平向引入焊丝110，再穿入送丝管前端，并在送丝管引导下将焊丝弯曲至垂直状进入准直机构109；所述准直机构109包括至少二组对称分布在Z轴两侧的小齿轮对，焊丝穿过所述小齿轮对后被校直，校直后的焊丝沿Z轴送至出丝口，出丝口位于光路机构下部的圆锥状腔体内，送丝管末端固连在密封窗片107中；圆锥状腔体侧部还设置有保护气体接入口108，所述保护气体接入口108位于密封窗片107之下；工作中，引入的保护气体大部分自出丝口处环绕在焊丝周围向下喷出，构成焊接区与焊丝同轴的保护气体，还有小量保护气体沿着送丝管与焊丝之间的内壁自送丝管前端逆向喷出，屏蔽外部空气。
所述遮光板111固连在长方体状腔体中的下部，遮光板111用于阻隔送丝管上方射入的激光，防止因焊丝温升引起软化变形或堵塞送丝管。
参考图1-图5，所述焊线分拨机构包括：分拨器4、阶梯轴5、直行轴6、直行轴导向器7、直行轴驱动电机8、阶梯轴旋转电机9、支撑套10。
所述分拨器4包括：设定圈数且套装在一起的同轴圆筒组合体，还包括：支撑套10；各圈同轴圆筒的前端直径小后端直径大，各同轴圆筒401之间可相互滑动旋转，各圈同轴圆筒的长度设置为：最内圈同轴圆筒至最外圈同轴圆筒的长度依次呈等差级数值增长，各圈同轴圆筒的前端平齐，后端呈内凹的漏斗状锥体；每一同轴圆筒的后端圆筒面上开有至少一个销孔404，所述销孔404是沿同轴圆筒径向开设的通孔。
每一同轴圆筒的前端沿轴向固连一支导线固定杆402，所述导线固定杆402的一侧开有用于嵌入待焊接导线线头的半圆状凹槽，所述导线固定杆402的另一侧设置有导线压紧块403，所述导线压紧块403上也开有与所述导线固定杆402的半圆状凹槽相对应的半圆状凹槽；导线压紧块403通过磁力吸引并贴合在导线固定杆402上。
所述支撑套10设置在分拨器4的下方，支撑套10用于支撑套装在一起的同轴圆筒组合体，并阻止分拨器4沿轴向往外窜动，最外圈同轴圆筒可相对于支撑套10上表面沿周向滑动旋转，支撑套的一端固连在机架上。
如图5和图6所示，所述阶梯轴5是一个中空的旋转轴，阶梯轴5的前端是直径依次增大的呈锥状阶梯状的多个圆台，各圆台内径和外径分别与所述分拨器4的各同轴圆筒的内径和外径相等，阶梯轴前端锥状阶梯插入并套装在所述同轴圆筒组合体的后端内凹状锥体内，，且阶梯轴与同轴圆筒组合体的接触面之间滑动配合。
沿阶梯轴各圆台的径向开有直通轴心的销钉孔502，所述销钉孔502内设置有销钉503、弹簧504、压环505；所述销钉503、弹簧504、压环505在销钉孔502内构成类似于弹子锁锁芯结构，当无外力挤压时，所述销钉503的一端在弹簧504压力作用下，弹出至阶梯轴的中空的孔内，此时与阶梯轴的圆台对接的同轴圆筒相对于阶梯轴呈自由状态。
当阶梯轴中空的孔内出现有沿径向挤压销钉503的作用力时，所述销钉503沿径向向外伸出一部分，所述伸出部分插入相应的同轴圆筒上开设的销孔404中，亦即通过销钉503将阶梯轴与相应的某一个同轴圆筒锁定为一体，此时当阶梯轴在阶梯轴旋转电机9驱动下旋转一个设定角度时，相应的同轴圆筒亦同步旋转一个相等的角度；
工作中，阶梯轴每次仅带动一个同轴圆筒旋转一设定角度。
所述直行轴6类似于弹子锁的钥匙，直行轴6的前端设置有环状凸轮601，直行轴的前端可沿轴向插入阶梯轴中空的孔内，所述环状凸轮601用于挤压或释放销钉503沿径向伸缩；直行轴6的的中部外圆上设置有沿径向凸起的导向销钉602。
所述直行轴导向器7包括：导向槽701、内螺纹导向杆702、内螺纹导向杆固定螺母703、直行轴驱动电机8；所述导向槽701呈圆筒状，导向槽701的上侧开有槽口，导向槽701的后端加工有外圆螺纹，所述内螺纹导向杆固定螺母703与所述外圆螺纹旋接。
所述直行轴6的后端插入导向槽701内，且直行轴6上设置的导向销钉602穿过导向槽701上侧槽口。
所述内螺纹导向杆702套装在导向槽701外部，内螺纹导向杆702的内圆上加工有螺旋状导槽，所述导向销钉602穿过导向槽701上侧槽口后，嵌入所述螺旋状导槽的槽缝中，所述直行轴驱动电机8用于驱动内螺纹导向杆702正反转，当内螺纹导向杆702旋转时，即通过导向销钉602带动直行轴6沿阶梯轴的轴向直线往返运动，直行轴6上的环状凸轮依次挤压或释放销钉503沿径向伸缩，进而依次带动各同轴圆筒旋转一个设定角度。
优选地，用于激光焊接线头的密集针脚连接器2的中心轴与激光垂直轴之间设置为一设定的夹角，密集针脚连接器上伸出的针脚201呈矩阵状整齐排列，所述同轴圆筒的个数等于针脚201行数，各同轴圆筒前端设置的导线固定杆402上开设的半圆状凹槽个数与密集针脚连接器2中，每一行针脚201的个数相等。
工作中，当密集针脚连接器2安放到位后，再通过手工或机器人将已夹持好与针脚201矩阵相一致的线头矩阵的同轴圆筒组合体，与所述阶梯轴前端套合后，放置在所述支撑套10的上方，再通过控制器，自内至外依次驱动同轴圆筒组合体中的各同轴圆筒旋转一个设定的角度，整排整排的将导线压紧块403与导线固定杆402之间夹持的各个线头旋转弯曲至与相应位置上的各个针脚201同轴，再启动准直及送丝机构，垂直向下伸出焊丝至焊接处，然后启动激光实施焊接。
同一排针脚201中，当某一个针脚焊接完成后，再通过外部设置的驱动机构，驱动环形光束同轴送丝激光头1，沿着同轴圆筒401的轴向平移一个针脚之间的列距，实施本排中下一个针脚的焊接，直至完成本排针脚的焊接，再弯曲下一排线头至与下一排针脚同一一同轴后，重复所述激光焊接作业，直至完成一个密集针脚连接器2的全部针脚焊接，之后同时取出密集针脚连接器2、同轴圆筒组合体及导线3，然后分别控制：环形光束同轴送丝激光头1、直行轴6、阶梯轴至初始位置，进入下一个密集针脚连接器的焊接作业。
本发明技术方案解决了旁轴送丝焊中的障碍物问题，大大提高了激光软钎焊设备的适用性。软钎焊丝经过环形激光光路中心轴送出，大大降低了软钎焊中小焊丝的激光对位要求比较高的困难，激光能量被软钎焊丝吸收，根本上改善了由于激光对位焊丝不准导致的烧焊盘现象。环形激光照射，对焦点处的焊锡丝均匀加热，改善了浸润性。激光和焊丝同轴、同焦点，便于精确控制软钎焊位置。激光软钎焊装置中，焊丝可以有助焊剂，焊盘材料不限于金、银材料，改善了锡球焊的应用只限于小焊盘和焊盘为金、银贵重材料的应用局限性。所设计的保护气体，为环形对称，在焊盘区域，形成完整的保护气氛区域，能更有效防止熔化装填软钎焊料的氧化发黑。焊丝校直机构，改善了软钎焊丝的直线度，提高了激光软钎焊焊点的位置精度。密集针脚连接器的中心轴线与激光轴成一定夹角设置，焊线细分固定单元含多路线槽和压紧块，还有一个分段的旋转机构，实现了线头与针脚之间的分批次对准和焊接工序，提高了良率和效率。分拨器的中心旋转轴将分拨器不同圆环上夹持的线头组成的矩阵，经过一定角度旋转后，映射到密集针脚连接器的针脚矩阵上，形成一对一的对应关系，有利于提高焊接工效。分拨器的不同圆台内有销钉孔，该销钉孔与阶梯轴上对应的圆柱阶梯上的销钉孔大小相同，并形成对应关系，结构简单，实用性强。分拨器可以与运动机构分离，可以将人工已经装配好焊线的分拨器放置到运动机构上，便于提高生产效率。
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)
1.一种密集针脚连接器激光软钎焊装置，包括：光路机构及CCD成像机构、送丝机构、焊线分拨机构；所述光路机构用于产生在针脚焊接处形成焦点的环形激光，所述CCD成像机构用于视觉判断针脚实际位置并指导实时位置校准，所述送丝机构用于在保护气体氛围中送入焊丝；
所述光路机构是一套激光匀化准直单元，包括：激光光源(101)、均化片、准直镜、整形器、反射镜(104)、聚焦镜(106)、密封窗片(107)，还包括：遮光板(111)；反射镜(104)与水平面呈45°角设置；光路机构上部为长方体状腔体，下部为圆锥状腔体，所述密封窗片(107)双面镀膜，密封窗片用于隔离长方体状腔体与圆锥状腔体之间的物理空间，并透过焊接所需的激光；
所述激光光源(101)沿Z轴自上向下发出激光，最终在针脚焊接处形成环形激光束；环形激光束中部为中空区，所述中空区内布置有与激光束同轴的焊丝(110)；
所述CCD成像机构包括：成像透镜(103)、同轴成像CCD(102)；焦点位置的光线向上反射到反射镜，再经过成像透镜至同轴成像CCD的面元上，进行成像；所述反射镜对于上方垂直向射入的激光是高透，对于来自焦点的照明光源是高反射；其特征在于：
所述送丝机构包括：导丝轮对、准直机构(109)、送丝管、遮光板(111)；所述导丝轮对用于自外部水平向引入焊丝，再穿入送丝管前端，并在送丝管引导下将焊丝弯曲至垂直状进入准直机构；所述准直机构包括至少二组对称分布在Z轴两侧的小齿轮对，焊丝穿过所述小齿轮对后被校直，校直后的焊丝沿Z轴送至出丝口，出丝口位于光路机构下部的圆锥状腔体内，送丝管末端固连在密封窗片中；圆锥状腔体侧部还设置有位于密封窗片之下的保护气体接入口(108)；
所述遮光板固连在长方体状腔体中的下部，遮光板用于阻隔送丝管上方射入的激光；
所述焊线分拨机构包括：分拨器(4)、阶梯轴(5)、直行轴(6)、直行轴导向器(7)、直行轴驱动电机(8)、阶梯轴旋转电机(9)；焊线分拨机构用于固定连接器、夹持导线、依次弯曲线头并对准针脚后定位；
所述分拨器包括：设定圈数且套装在一起的同轴圆筒组合体，还包括：支撑套(10)；各圈同轴圆筒的前端直径小后端直径大，各同轴圆筒之间可相互滑动旋转，各圈同轴圆筒的长度设置为：最内圈同轴圆筒至最外圈同轴圆筒的长度依次呈等差级数值增长，各圈同轴圆筒的前端平齐，后端呈内凹的漏斗状锥体；每一同轴圆筒的后端圆筒面上开有至少一个销孔(404)，所述销孔是沿同轴圆筒径向开设的通孔；
每一同轴圆筒的前端沿轴向固连一支导线固定杆(402)，所述导线固定杆的一侧开有用于嵌入待焊接导线线头的半圆状凹槽，所述导线固定杆的另一侧设置有导线压紧块(403)，所述导线压紧块上也开有与所述导线固定杆的半圆状凹槽相对应的半圆凹槽；导线压紧块通过磁力吸引并贴合在导线固定杆上；
所述支撑套设置在分拨器的下方，支撑套用于支撑套装在一起的同轴圆筒组合体，并防止分拨器沿轴向往外窜动，最外圈同轴圆筒可相对于支撑套上表面周向滑动旋转，支撑套固连在机架上；
所述阶梯轴是一个中空的旋转轴，阶梯轴的前端是直径依次增大的呈锥状阶梯状的多个圆台，各圆台内径和外径分别与所述分拨器的各同轴圆筒的内径和外径相等，阶梯轴前端锥状阶梯插入并套装在所述同轴圆筒组合体的后端内凹状锥体内，且阶梯轴与同轴圆筒组合体的接触面之间滑动配合；
沿阶梯轴各圆台的径向开有直通轴心的销钉孔(502)，所述销钉孔(502)内设置有销钉(503)、弹簧(504)、压环(505)；所述销钉、弹簧、压环在销钉孔内构成类似于弹子锁锁芯结构，当无外力挤压时，所述销钉的一端在弹簧压力作用下，弹出至阶梯轴之中空的孔内，此时与阶梯轴的圆台对接的同轴圆筒相对于阶梯轴呈自由状态；
当阶梯轴中空的孔内出现有沿径向挤压销钉的作用力时，所述销钉沿径向向外伸出一部分，所述伸出部分插入相应的同轴圆筒上开设的销孔中，由此，当阶梯轴在阶梯轴旋转电机驱动下旋转一个设定角度时，相应的同轴圆筒亦同步旋转一个相等的角度；工作中，阶梯轴每次仅带动一个同轴圆筒旋转一设定角度；
所述直行轴的前端设置有环状凸轮(601)，直行轴的前端可沿轴向插入阶梯轴中空的孔内，所述环状凸轮用于挤压或释放销钉沿径向伸缩；直行轴的中部外圆上设置有沿径向凸起的导向销钉；
所述直行轴导向器包括：导向槽(701)、内螺纹导向杆(702)、内螺纹导向杆固定螺母(703)和所述的直行轴驱动电机(8)；所述导向槽呈圆筒状，导向槽的上侧开有槽口，导向槽的后端加工有外圆螺纹，所述内螺纹导向杆固定螺母与所述外圆螺纹旋接；
所述直行轴的后端插入导向槽内，且直行轴上设置的导向销钉穿过导向槽上侧槽口；
所述内螺纹导向杆套装在导向槽外部，内螺纹导向杆的内圆上加工有螺旋状导槽，所述导向销钉穿过导向槽上侧槽口后，嵌入所述螺旋状导槽的槽缝中，导向销钉可以在螺旋状导槽内滑动；所述直行轴驱动电机用于驱动内螺纹导向杆正反转，当内螺纹导向杆旋转时，即通过导向销钉带动直行轴沿阶梯轴的轴向直线往返运动，直行轴上的环状凸轮依次挤压或释放销钉沿径向伸缩，进而依次带动各同轴圆筒旋转一个设定角度。
2.如权利要求1所述一种密集针脚连接器激光软钎焊装置，其特征在于：用于激光焊接线头的密集针脚连接器的中心轴与激光垂直轴之间设置为一设定的夹角，密集针脚连接器上伸出的针脚呈矩阵状整齐排列，所述同轴圆筒的个数等于针脚行数，各同轴圆筒前端设置的导线固定杆上开设的半圆状凹槽个数与密集针脚连接器中，每一行针脚的个数相等。
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