CN116060720B - 一种电感新型焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电感新型焊接工艺，其技术方案要点在于温度控制器采用的温度控制公式：F(t)为当前控制系数，E(t)为当前单位时间的反馈温度，为对F(t)求出的时间t的导数；F(t)和均根据当前反馈温度与预期温度通过计算公式推算获得。本发明对操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度依赖性较小，降低了对操作者专业素质的要求。此外本发明通过F(t)提高了温度控制的响应速度和稳态精度，同时借助
Description
技术领域
本发明涉及焊接温度控制技术领域，更具体的说，它涉及一种电感新型焊接工艺。
背景技术
电子产品的各种功能都需要依赖于电路板才能实现，各种电子元件通过焊接固定在电路板上。焊接设备采用电阻体的热效应进行加热焊接，焊接设备的温度控制系统存在有大惯性组件和大滞后组件。这样的控制系统往往难以建立准确的数学模型，也就难以实现精确控制。
中国专利CN103116374A，提供了一种回流焊机的温度控制系统，其包括K型热电偶，和K型热电偶依次电连接的温度测量模块、温度曲线设定部分、PID调节器、控制器、驱动器、PLC执行器、固态继电器以及加热器。该专利提出了一种结合PID调节器的控制方法，具体在于与通过PLC执行器通过调节占空比来控制电阻丝的电压来控制温度来确定温度曲线，达到对回流焊机按升温状态、恒温状态即等待、工作状态进行温度控制。
上述专利中PID参数的控制主要是依靠操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度，参考实时的温度测量值与设定参数，进行P、I、D各个参数的大小，对操作者的专业素质提出了较高的要求。而且单纯的参数控制在温度控制过程中可能会存在较大的稳态误差，导致焊接热影响区不能够稳定精准的控制温度，焊接过程容易受热惯性影响，造成虚焊。
针对上述焊接温度控制技术领域目前存在的问题，本发明旨在于提供一种根据实时温度反馈和历史温度数据建立的数学模型，进行实时的温度控制，提高温度控制系统的相应速度并降低稳态误差，实现焊接过程中温度的精准控制，减少虚焊情况的发生。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电感新型焊接工艺，其控制参数根据当前反馈温度与预期温度通过计算公式推算获得，对操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度依赖性较小，降低了对操作者专业素质的要求。本发明通过比例调控提高了温度控制的响应速度和稳态精度，同时借助微积分调控抑制了误差作用的变化“超前”，兼容了升温便捷性，避免了由于热惯性的影响造成的虚焊问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种电感新型焊接工艺，具体步骤如下：
(1)焊头预焊接工序：对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器依据预设的基础加热温度和反馈温度进行焊头的温度调节，使焊头温度达到基础加热温度。
(2)焊接工序：从基础加热温度开始对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器计算出温度调整值U(x)，并根据U(x)控制焊头升温；当焊头的温度达到预期峰值时，停止升温。
所述温度控制器采用的温度控制公式为：
F(t)为当前控制系数，E(t)为当前单位时间的反馈温度，为对F(t)求出的时间t的导数。
Eold(t)为上一单位时间的反馈温度，E(y)为当前期望峰值，E预设为给定的预期峰值。
预设升温过程中的多个关键点，并给出每个关键点对应的温度Yn与所需升温时间Xn；X为当前时间，选取当前时间前后的两个关键点，并将这两个关键点对应的温度Yn-1、Yn与所需升温时间Xn-1、Xn带入公式中求出E(y)。
本发明进一步设置为：升温过程中的初始预期峰值为给定值，升温过程中每个单位时间的预期峰值根据公式计算得出，预期峰值计算公式如下：
其中，told为上一单位时间，为n次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值，n>1，E前预设为上一单位时间的预期峰值。
本发明进一步设置为：所述初始预期峰值等于
本发明进一步设置为：进行温度控制器根据U(x)控制焊头升温前，需先进行温度判断；给定范围余量Δ，当E(t)小于E预设-Δ时，温度控制器根据U(x)控制焊头升温。
本发明进一步设置为：温度判断的同时还需进行保持时间的判断，预设保持时间t保持，当E(t)保持不小于E预设-Δ的时间不少于t保持时，当前温度达到预期，焊头停止升温；当E(t)保持不小于E预设-Δ的时间少于t保持时，温度控制器根据U(x)控制焊头升温。
本发明进一步设置为：所述100ms≤t保持≤500ms。
本发明进一步设置为：焊头预焊接工序中温度控制器进行温度控制时采用的温度控制公式为当焊头的温度达到基础加热温度时，进入焊接工序。
本发明进一步设置为：所述升温过程依据温度大小分为低温区、中温区、中高温区和高温区；低温区＜200℃，200℃≤中温区＜350℃，350℃≤中高温区＜450℃，450℃≤高温区，关键点选取三个，三个关键点分别取在200℃处，350℃处和450℃处。
本发明进一步设置为：所述为10～20次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值。
本发明进一步设置为：所述单位时间t为1ms～4ms。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的温度控制公式中起调控作用的F(t)和均是根据当前反馈温度与预期温度通过计算公式推算获得的，对操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度依赖性较小，降低了对操作者专业素质的要求。
2、本发明通过F(t)提高了温度控制的响应速度和稳态精度,抑制扰动对温度控制稳态的影响，同时借助抑制了误差作用的变化“超前”，兼容了升温便捷性，又改善了温度控制在调节过程中的动态特性，避免了由于热惯性的影响，使焊接层间温度不稳定，从而造成虚焊问题。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，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他实施例，都属于发明的保护范围。
实施例
本发明较佳实施例，一种电感新型焊接工艺，其具体步骤如下：
(1)焊头预焊接工序：对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器依据预设的基础加热温度和反馈温度进行焊头的温度调节，使焊头温度达到基础加热温度。
(2)焊接工序：从基础加热温度开始对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器计算出温度调整值U(x)，并根据U(x)控制焊头升温；当焊头的温度达到预期峰值时，停止升温。
具体的，所述单位时间t为1ms～4ms，本实施例中单位时间为2ms或4ms。
本实施例中焊头预焊接工序与焊接工序采用相同的温度控制方法，所述温度控制器进行温度控制所采用的温度控制公式为：
F(t)为当前控制系数，E(t)为当前单位时间的反馈温度，为对F(t)求出的时间t的导数。将上一个单位时间的F(t)与当前单位时间的F(t)作差，并算出此差值与单位时间之间的比例，该比例即为/>
Eold(t)为上一单位时间的反馈温度，E(y)为当前期望峰值，E预设为给定的预期峰值。
预设升温过程中的多个关键点，并给出每个关键点对应的温度Yn与所需升温时间Xn；X为当前时间，选取当前时间前后的两个关键点，并将这两个关键点对应的温度Yn-1、Yn与所需升温时间Xn-1、Xn带入公式中求出E(y)。
具体的，所述升温过程依据温度大小分为低温区、中温区、中高温区和高温区；低温区＜200℃，200℃≤中温区＜350℃，350℃≤中高温区＜450℃，450℃≤高温区，关键点选取三个，三个关键点分别取在200℃处，350℃处和450℃处。
具体的，本实施例中升温过程中的初始预期峰值为给定值，升温过程中每个单位时间的预期峰值根据公式计算得出，预期峰值计算公式如下：
其中，told为上一单位时间，为n次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值，n>1，E前预设为上一单位时间的预期峰值。
具体的，n的取值为10～20，本实施例中所述为10次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值。
具体的，本实施例中所述初始预期峰值等于
本实施例中的温度控制公式与常规的PID参数的控制公式不同，其中起到调控作用的F(t)和均是根据当前反馈温度与预期温度通过计算公式推算获得，对操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度依赖性较小，降低了对操作者专业素质的要求。
此外本实施例中的F(t)能够提高对温度控制的响应速度和稳态精度,抑制扰动对温度控制稳态的影响,但过大的F(t)容易导致温度控制的超调和振荡，并且有可能使得温度控制变得不稳定。单纯的系数控制并不能消除稳态误差，所以F(t)在控制过程中会可能会存在较大的稳态误差，其原因是温度控制系统中多存在具有较大惯性的组件或滞后组件，其变化总是落后于误差的变化。因此本实施例在温度控制公式中引入了通过抑制误差作用的变化“超前”，即在误差接近于零时，抑制误差的作用就应该是零。因此采用本实施例中的温度控制公式进行温度控制，能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。对于温度控制系统这种具有较大惯性或滞后的被控对象，这种控制方法兼容了升温便捷性，又改善了温度控制在调节过程中的动态特性，避免了由于热惯性的影响，使焊接层间温度不稳定，从而造成虚焊问题。
具体的，进行温度控制器根据U(x)控制焊头升温前，需先将当前单位时间的反馈温度与预期峰值进行比较，以判断当前单位时间的反馈温度是否达到预期峰值。当前单位时间的反馈温度与预期峰值的比较包括温度判断与保持时间的判断，需要先给定范围余量Δ和保持时间t保持，当E(t)小于E预设-Δ时，温度控制器根据U(x)控制焊头升温；当E(t)保持不小于E预设-Δ的时间不少于t保持时，当前温度达到预期，焊头停止升温；当E(t)保持不小于E预设-Δ的时间少于t保持时，温度控制器根据U(x)控制焊头升温。
具体的，所述范围余量Δ为1～10，本实施例中Δ为3。
具体的，所述100ms≤t保持≤500ms，保持时间会影响控制精度，所述控制精度为当前反馈温度与预期峰值之间的偏差，偏差越小控制精度越高，一般控制精度越高，保持时间要设置的越大。本实施例中所述t保持为100ms。
综上，本实施例的温度控制公式中起调控作用的F(t)和均是根据当前反馈温度与预期温度通过计算公式推算获得的，对操作者自身的经验以及对工艺的熟悉程度依赖性较小，降低了对操作者专业素质的要求。此外本实施例通过F(t)提高了温度控制的响应速度和稳态精度,抑制扰动对温度控制稳态的影响，同时借助/>抑制了误差作用的变化“超前”，兼容了升温便捷性，又改善了温度控制在调节过程中的动态特性，避免了由于热惯性的影响，使焊接层间温度不稳定，从而造成虚焊问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电感新型焊接工艺，其特征在于：
(1)焊头预焊接工序：对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器依据预设的基础加热温度和反馈温度进行焊头的温度调节，使焊头温度达到基础加热温度；
(2)焊接工序：从基础加热温度开始对焊头进行加热，以单位时间t为间隔，采集每个单位时间内的最高焊头温度，将采集到的焊头温度反馈至温度控制器，由温度控制器计算出温度调整值，并根据/>控制焊头升温；当焊头的温度达到预期峰值时，停止升温；
所述温度控制器采用的温度控制公式为：
为当前控制系数，/>为当前单位时间的反馈温度，/>为对/>求出的时间t的导数；
为/>，/>为当前期望峰值，/>为给定的预期峰值；
预设升温过程中的多个关键点，并给出每个关键点对应的温度与所需升温时间/>；X为当前时间，选取当前时间前后的两个关键点，并将这两个关键点对应的温度/>与所需升温时间/>带入公式中求出/>。
2.根据权利要求1所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：升温过程中的初始预期峰值为给定值，升温过程中每个单位时间的预期峰值根据公式计算得出，预期峰值计算公式如下：
其中，为上一单位时间，/>为n次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值，n>1，/>为上一单位时间的预期峰值。
3.根据权利要求2所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：所述初始预期峰值等于。
4.根据权利要求2所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：所述为10~20次焊接升温过程中同工序时段采集的最高温度值的均值。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：进行温度控制器根据控制焊头升温前，需先进行温度判断；给定范围余量Δ，当/>-Δ时，温度控制器根据/>控制焊头升温。
6.根据权利要求5所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：温度判断的同时还需进行保持时间的判断，预设保持时间t保持，当-Δ的时间不少于t保持时，当前温度达到预期，焊头停止升温；当/>-Δ的时间少于t保持时，温度控制器根据/>控制焊头升温。
7.根据权利要求6所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：100ms≤t保持≤500ms。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：焊头预焊接工序中温度控制器进行温度控制时采用的温度控制公式为；当焊头的温度达到基础加热温度时，进入焊接工序。
9.根据权利要求8所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：所述升温过程依据温度大小分为低温区、中温区、中高温区和高温区；低温区＜200℃，200℃≤中温区＜350℃，350℃≤中高温区＜450℃，450℃≤高温区，关键点选取三个，三个关键点分别取在200℃处，350℃处和450℃处。
10.根据权利要求1所述的一种电感新型焊接工艺，其特征在于：所述单位时间t为1ms~4ms。
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| GR01 | Patent grant | ||
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