CN115014539A - 一种焊点温度场实时监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焊点温度场实时监测方法及装置，该方法包括：将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温，其中，每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。通过该方案可以保障测温光束准确聚焦于检测区域，避免照射范围内的干扰，并能提高焊接点的测温精度，进而便于对激光器输出功率进行实时调控。
Description
技术领域
本发明属于红外探测技术领域，尤其涉及一种焊点温度场实时监测方法及装置。
背景技术
激光软钎焊以激光束作为能量源，相比传统波峰焊和回流焊具有焊接精度高、受热区域小、能量密度高、焊点力学性能较好、设备维修成本较低等优势，近年来受到电子生产及科研行业的广泛关注。但是，由于激光焊接中的激光束能量密度较大，在焊接热敏元件和带有低熔点元件电路时，容易损坏电子电路及元件。在这种情况下，需要在激光软钎焊接过程中进行实时温度检测以对激光输出的平均功率进行控制，不仅可以保证焊点具有较好的力学性能，而且能够对热敏元件和电子电路起到保护作用。
温度检测方式主要有热电偶和红外测温仪两种。由于热电偶检测存在测温精度低、易受腐蚀、抗噪性差的缺点，为提高焊接过程中温度检测的灵活性、精度和响应速度，非接触式的红外测温仪检测已被广泛应用于焊接过程中。
针对一些平面且均匀的结构，测温光束可以很容易地覆盖焊接区域，在此区域内InGaAs探测器获得的平均温度有很高的精度和重复性。但是实际电子封装过程中，焊接的对象是非常复杂的，红外测温光束无法精确聚焦到需检测区域，其照射范围内存在很多干扰，致使测得的平均温度精确度和重复性较差，存在一定的局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种焊点温度场实时监测方法及装置，用于解决红外测温光束无法精确聚焦到检测区域，照射范围内存在干扰等问题。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种焊点温度场实时监测方法，包括：
将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；
红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温；
其中，每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。
在本发明实施例的第二方面，提供了一种焊点温度场实时监测装置，至少包括红外测温光束发射头、红外测温光束准直透镜、导光镜、聚焦镜、光纤束和InGaAs探测器；
其中，将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；
红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温；
所述光纤束中每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。
本发明实施例中，通过将测温光束与激光光束同轴传输，基于测温光束的反射光束，通过InGaAs探测器进行测温，可以准确地将红外测温光束聚焦于检测区域，避免照射范围内的干扰。同时，对焊接区域进行区块划分，通过光纤束中区块对应的光纤进行传导，从而能够精准获得每个区块的温度值，极大提高了焊接区域的温度检测精度，便于对激光器输出功率进行实时调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
图1为本发明一个实施例提供的一种焊点温度场实时监测方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的红外测温光束照射区域分区示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种焊点温度场实时监测装置的结构示意图。
图4为本发明一个实施例提供的一种焊点温度场实时监测装置的另一结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种焊点温度场实时监测方法的流程示意图，包括：
S101、将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；
准直透镜一般用于将孔径栏中每一点光线转变成一束平行的光柱，即将发散光转变为平行光。所述导光镜用于引导准直后的测温光束、激光光束进入聚焦镜，以共同照射于焊接点。所述聚焦镜用于聚焦光束，产生高能量密度的焦点对物质进行加工，如焊接、切割等。
S102、红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温；
其中，每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。
根据光纤束的排列和数量，红外测温光束照射区域被相应划分为多个子区域。如图2所示，红外测温光束照射区域1划分为多个子区域，激光焊接作用点2位于其中一个子区域内，各子区域的平均温度可以通过InGaAs探测器阵列检测得到。
其中，所述红外测温光束由红外测温光束发射头发出，且为同轴或旁轴设置。
优选的，所述光纤束为多根光纤呈阵列组合而成，数量至少为2×2。光纤数量越多，检测结果越精细。光纤束接收到的红外测温返回光束的不同部分由组成光纤束的每根光纤分别传导，显然每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分，即光纤束中光纤数量与焊接区域划分的子区域数量对应，如光纤数量为3×3，则子区域数量也为3×3。
在一个实施例中，每根光纤所传导的光束由InGaAs探测器阵列接收，并通过InGaAs探测器处理得到焊接点各区域温度值的阵列分布；
通过计算机对温度值的阵列分布进行分析，得到温度分布的最大值，将温度分布的最大值作为测得的平均温度。
进一步的，根据测得的平均温度，对激光器的输出功率进行实时调控，以对焊接点温度闭环控制。
本实施例中，通过将测温光束与激光光束同轴传输作用于焊接点，可以将红外测温光束准确聚焦于检测区域，避免照射范围内的干扰。通过光纤束中的每根光纤分别对不同区域返回光束进行传导，基于InGaAs探测器得到检测温度阵列，可以提高温度检测精度。温度值阵列分布由计算机处理，得到最终的平均温度，进而对激光器的输出功率实时调控，可以使焊接点的温度保持在正常范围内，避免对焊接物质的损坏。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图3为本发明实施例提供的一种焊点温度场实时监测装置的结构示意图，该装置至少包括红外测温光束发射头31、红外测温光束准直透镜33、导光镜34、聚焦镜35、光纤束36和InGaAs探测器37；
其中，红外测温光束发射头31产生的红外测温光束32与激光光束同轴传输，经红外测温光束准直透镜33准直后，在导光镜34的引导下，通过聚焦镜35共同照射于焊接点；
红外测温光束32的反射光束由原光路返回，通过光纤束36接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器37进行测温；
所述光纤束36中每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束32照射在焊接表面区域中的一部分(子区域2)。
所述红外测温光束32由红外测温光束发射头31发出，且为同轴或旁轴设置。
优选的，所述光纤束36为多根光纤呈阵列组合而成，数量至少为2×2。
在一个实施例中，所述焊点温度场实时监测装置还包括计算机38；
所述计算机38用于接收InGaAs探测器37处理得到焊接点各区域温度值的阵列分布，对温度值的阵列分布进行分析，得到温度分布的最大值，将温度分布的最大值作为测得的平均温度。
优选的，根据测得的平均温度，对激光器的输出功率进行实时调控，以对焊接点温度闭环控制。
基于探测器测得的温度值，对激光器的输出功率进行反馈调节，可以使焊接点温度保持在正常范围，避免对热敏元件、电子电路等的损坏。
需要说明的是，图3为旁轴光源光纤束的温度场实时监测装置示意图，图4为同轴光源光纤束的温度场实时监测装置的示意图，两种装置的组成部分相同、工作原理也相同，区别仅在与红外测温光束32的同轴设置和旁轴设置。图4中，焊点温度场实时监测装置同样包括红外测温光束发射头31、红外测温光束准直透镜33、导光镜34、聚焦镜35、光纤束36、InGaAs探测器37以及计算机38。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种焊点温度场实时监测方法，其特征在于，包括：
将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；
红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温；
其中，每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外测温光束由红外测温光束发射头发出，且为同轴或旁轴设置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤束为多根光纤呈阵列组合而成，数量至少为2×2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温包括：
每根光纤所传导的光束由InGaAs探测器阵列接收，并通过InGaAs探测器处理得到焊接点各区域温度值的阵列分布；
通过计算机对温度值的阵列分布进行分析，得到温度分布的最大值，将温度分布的最大值作为测得的平均温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将温度分布的最大值作为测得的平均温度还包括：
根据测得的平均温度，对激光器的输出功率进行实时调控，以对焊接点温度闭环控制。
6.一种焊点温度场实时监测装置，其特征在于，至少包括红外测温光束发射头、红外测温光束准直透镜、导光镜、聚焦镜、光纤束和InGaAs探测器；
其中，将红外测温光束与激光光束同轴传输，并分别通过红外测温光束准直透镜、激光束准直透镜对红外测温光束、激光光束准直后，在导光镜的引导下，通过聚焦镜共同照射于焊接点；
红外测温光束的反射光束由原光路返回，通过光纤束接收、传导及聚焦后，反射光束到达InGaAs探测器进行测温；
所述光纤束中每根光纤所传导的光束对应于红外测温光束照射在焊接表面区域的一部分。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述红外测温光束由红外测温光束发射头发出，且为同轴或旁轴设置。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光纤束为多根光纤呈阵列组合而成，数量至少为2×2。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述焊点温度场实时监测装置还包括计算机；
所述计算机用于接收InGaAs探测器处理得到焊接点各区域温度值的阵列分布，对温度值的阵列分布进行分析，得到温度分布的最大值，将温度分布的最大值作为测得的平均温度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述将温度分布的最大值作为测得的平均温度还包括：
根据测得的平均温度，对激光器的输出功率进行实时调控，以对焊接点温度闭环控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN115837527A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-03-24 | 武汉松盛光电科技有限公司 | 一种激光加工过程中多参量实时监测光学装置及方法 |
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| CN108044231A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-05-18 | 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 | 一种同轴光路的激光焊接头 |
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