CN202861569U

CN202861569U - 基于电路板焊接的焊接系统

Info

Publication number: CN202861569U
Application number: CN 201220165161
Authority: CN
Inventors: 赵图良; 畅晓鹏; 喻文伯; 杨华明; 廖春生; 黄伟; 叶伟
Original assignee: SHENZHEN HIGHERSUN INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HIGHERSUN INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-04-18

Abstract

本实用新型涉及激光焊接领域，其公开了一种基于电路板焊接的焊接系统，包括焊接工作台、激光光源、光纤、送丝机构、图像跟踪系统、轨迹运行机构以及夹持电路板的工装模具；激光光源产生激光并通过光纤传输；轨迹运行机构调节焊接工作台上的水平工作台的位置，水平工作台固定在Y轴的丝杠上，Y轴丝杠固定在X轴的丝杠上，X轴丝杠固定在焊接工作台上。本实用新型的有益效果是：1、利用激光能量集中的特点，避免对温度敏感器件性能的影响；2、利用激光非接触焊接的特点，解决波峰焊中元器件必须浸入液态焊料中的劣势；3.利用激光非接触焊接的特点,解决焊接空间狭窄电烙铁（接触焊接）无法触及的劣势。

Description

基于电路板焊接的焊接系统

技术领域

本实用新型涉及激光焊接领域，尤其涉及一种基于电路板焊接的焊接系统。

背景技术

目前电路板焊接普遍采用的焊接技术主要有，一：热风回流焊，二：波峰焊，三：选择性焊接,四：手工焊接。一：回流焊是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的焊接技术。二：波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫"波峰焊"。三：选择性焊接可通过与波峰焊的比较来描述选择性焊接的概念。两者间最明显的差异在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液态焊料中，而在选择性焊接中，仅有部分特定区域与焊料接触。在焊接过程中，焊料头的位置固定，通过机械手带动PCB沿各个方向运动。在焊接前也必须预先涂敷助焊剂。但是热风回流焊涉及到温度敏感器件时无法使用，而波峰焊需要电路板的下部需要完全浸入液态焊料中；选择性焊接不适应复杂的结构，工艺复杂。实际产品生产中遇到安装有温度敏感器件，同时又不容许让零部件浸入液态焊料中的情况时，往往只能手工焊接。手工焊接又无法避免，漏焊、虚焊、焊接质量不稳定、一致性差的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种基于电路板焊接的焊接系统，解决现有技术中质量不稳定、一致性差的问题。

本实用新型提供了一种基于电路板焊接的焊接系统，包括焊接工作台、激光光源、光纤、送丝机构、图像跟踪系统、轨迹运行机构以及夹持电路板的工装模具；激光光源产生激光并通过光纤传输；轨迹运行机构调节焊接工作台上的水平工作台的位置，水平工作台固定在Y轴的丝杠上，Y轴丝杠固定在X轴的丝杠上，X轴丝杠固定在焊接工作台上,X轴和Y轴的丝杠通过步进电机来控制运动；旋转气缸固定在水平工作台上，工装模具安装在旋转气缸上并随着气缸旋转；图像跟踪系统和送丝机构均固定在焊接工作台上的垂直工作台上，垂直工作台固定在Z轴丝杠上，Z轴丝杠固定在焊接工作台上。

作为本实用新型的进一步改进，所述送丝机构由夹紧齿轮、焊锡丝、步进电机以及送丝轨道组成，所述焊锡丝在所述送丝轨道上运动，所述步进电机控制夹紧齿轮的转动并带动焊锡丝运动。

作为本实用新型的进一步改进，所述夹持电路板的工装模具包括工装模具底座、定位装置以及电路板的定位夹具，电路板的定位夹具和定位装置均固定在工装模具底座上，定位装置定位安装在旋转气缸上。

作为本实用新型的进一步改进，所述图像跟踪系统、轨迹运行机构和送丝机构进行五轴联动。

本实用新型的有益效果是：1、利用激光能量集中的特点，避免对温度敏感器件性能的影响；2、利用激光非接触焊接的特点，解决波峰焊中元器件必须浸入液态焊料中的劣势；3、克服人工焊接中的漏焊、虚焊的现象，避免人为因素对产品质量的影响；

4、激光焊接简化了工艺流程，适应性较强；5、实现对单点的精确焊接；6、实现对同一空间内的异面焊接；7、实现不同形状点的一次性焊接。

【附图说明】

图1 为本实用新型基于电路板焊接的焊接方法步骤示意图。

图2为本实用新型基于电路板的焊接系统的示意框图。

图3为本实用新型基于电路板的焊接系统的送丝机构结构示意图。

图4为本实用新型基于电路板的焊接系统的工装模具结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

一种基于电路板焊接的焊接方法，包括如下步骤：（A）图像跟踪系统调节轨迹运行机构的运动方向；（B）激光光源进行预热处理；（C）送丝机构进行送丝处理；（D）激光焊接。

所述步骤（A）中，所述图像跟踪系统调节并定位轨迹运行机构的X、Y、A三个方向，所述轨迹运行机构运行至激光焊接点；所述轨迹运行机构上固定待焊接电路板。

所述步骤（B）中，调节和控制待焊接电路板焊接点激光光源功率和时间。

所述步骤（C）中，送丝机构调节待焊接电路板焊接点的焊锡量，保持焊接点的焊锡量一致。

所述步骤（D）中，调节激光点上下高度的调节，对同一空间内不同待焊接电路板焊接高度点进行焊接。

所述基于电路板焊接的焊接方法还包括保温处理步骤。

所述图像跟踪系统、轨迹运行机构和送丝机构进行五轴联动。

一种实施例中，电路板组装在工装模具上，工装模具安装在旋转轴上。旋转气缸，固定在Y轴丝杠上，Y轴丝杠固定在X轴丝杆上。当X轴运动时，带动电路板沿X轴运动，当Y轴运动时带动电路板沿Y轴运动，当A轴旋转时，带动电路板沿旋转轴运动。

光纤及送丝机构固定在Z轴丝杆上，焊锡丝的送出位置与激光的焦点重合，当Z轴运动时带动两者同时运动。

图像跟踪系统确定好电路板与预先设定的定位点之间的差异，系统输出控制信号，控制X、Y、A三轴，进行运动，使电路板到达指定焊接位置。

送丝机构，直接控制每个焊接点的送锡量的大小。其每次焊接送锡量可固定不变。确保焊接的一致性。

本实用新型同时提供了一种基于电路板焊接的焊接系统，包括焊接工作台、激光光源、光纤、送丝机构、图像跟踪系统、轨迹运行机构以及夹持电路板的工装模具；激光光源产生激光并通过光纤传输；轨迹运行机构调节焊接工作台上的水平工作台的位置，水平工作台固定在Y轴的丝杠上，Y轴丝杠固定在X轴的丝杠上，X轴丝杠固定在焊接工作台上,X轴和Y轴的丝杠通过步进电机来控制运动；旋转气缸固定在水平工作台上，工装模具安装在旋转气缸上并随着气缸旋转；图像跟踪系统和送丝机构均固定在焊接工作台上的垂直工作台上，垂直工作台固定在Z轴丝杠上，Z轴丝杠固定在焊接工作台上；所述送丝机构由夹紧齿轮、焊锡丝、步进电机以及送丝轨道组成，所述焊锡丝在所述送丝轨道上运动，所述步进电机控制夹紧齿轮的转动并带动焊锡丝运动。

所述夹持电路板的工装模具包括工装模具底座、定位装置以及电路板的定位夹具，电路板的定位夹具和定位装置均固定在工装模具底座上，定位装置定位安装在旋转气缸上。

在一实施例中，如图1所示，

利用图像跟踪系统实现精确定位:当电路板运行到指定位置后，利用摄像技术进行拍照，通过与预先设定的图像样本进行对比，计算两个图像之间的差异，控制电机运动到焊接位置。其定位公差，可达到±0.05mm；当电路板运行到指定位置后，图像识别系统对电路板上的定位点进行拍照，通过与预先设定的图像样本进行对比。计算出两者之间的位置差异，控制电机在X、Y、A三个方向上进行移动，使电路板的焊接位置与之前设定的焊接位置保持高度一致，其定位公差可达到±0.05mm。

通过对光源功率和时间的控制，实现焊接点质量的一致性:提供的焊接功率最大为130W，时间可以任意设定。在下次修改前，每个波形的输出能量恒定一致。

通过对送丝机构的精确控制，实现焊点焊锡量的精确控制:焊接机控制电机的旋转，来控制焊锡丝前进的长度。其单次送丝量的长度，理论上可无限长。

利用激光光斑小，非接触的特点，实现狭小空间内的焊接:激光光斑在焦点位置上的大小约为直径为0.1mm的一个圆，理论上可以焊接的最小焊盘为直径为0.1mm的一个圆盘。

通过对激光点上下高度的调节，实现同一空间内，不同焊接高度点的焊接:激光焊接的能量集中在焦点位置上。通过对Z轴上下位置的调节，实现对焊接焦点位置的调节。当在同一空间内时，调节Z轴，即可实现不同高度点的焊接。Z轴可以调节的范围为0到200mm；

利用激光能量集中的特点，避免对温度敏感器件性能的影响:激光的能量主要在焦点位置，在其他位置时，光是发散状态，能量忽略不计。

利用激光非接触焊接的特点，解决波峰焊中元器件必须浸入液态焊料中的劣势:激光焊接是通过聚集光的能量，当焊锡丝运行到焊接点时，融化焊锡，实现焊接，这个焊接过程中，仅是焊盘与焊锡丝进行接触。

整套设备实行五轴联动，具有极大的适用范围，工艺简单:X、Y、Z、A、E五个轴相互配合，可实现对工件全方位的焊接。X、Y、Z三个轴的运动范围为0到200mm，A轴的旋转范围为0到360°，E轴送丝长度可无限长。

一实施例中，一种基于电路板焊接的焊接系统由焊接工作台3、激光光源1、光纤2、送丝机构4、图像跟踪系统5、轨迹运行机构、显示器6组成。激光光源产1生激光，利用光纤2将激光传输到指定的焊接位置，通过特殊的光学元件，将激光聚焦，从而将激光的能量集中在很小的区域内，产生极高的温度。

轨迹运行机构能够调节水平工作台的位置，从而调整焊接位置。水平工作台32刚性固定在Y轴丝杠35上，Y轴丝杠35刚性固定在X轴丝杠34上，X轴丝杠34固定在焊接工作台上。X轴和Y轴的丝杠通过步进电机来控制运动。水平工作台可随着X轴和Y轴在进行X和Y两个方向进行移动。水平工作台32即可在单一方向上运行，也可在两个方向上进行两轴联动。

旋转气缸31固定在水平工作台32上，工装模具通过特殊的定位装置，安装在旋转气缸31上，气缸旋转时，带动工装模具一起转动，工作模具可进行360°的旋转。

图像跟踪系统和送丝机构均固定在垂直工作台33上，垂直工作台33固定在Z轴丝杠36上，Z轴丝杠36固定在焊接工作台上，当Z轴丝杠36随着电机的旋转进行Z方向的运动时，垂直工作台33也随着Z轴丝杠进行Z方向的运动。

送丝机构的主要功能是将焊锡送到指定的焊机位置，送丝机构内部，利用一对齿轮42夹紧焊锡丝41，电机43控制齿轮的转动，当齿轮42转动时，带动焊锡丝41向前运动，焊锡丝41进入送丝轨道44，将焊锡丝41送到指定的焊机位置。通过齿轮42的旋转周数来控制焊锡前进的距离，进而控制单次焊接的焊锡量的大小。

工装模具37的主要功能是定位需要焊接的元器件（如电路板38）的位置，根据元器件的外形，元器件定位夹具52加工成特殊的外形尺寸，满足元气器的精确定位安装，定位夹具52和下部定位装置51均固定在模具的底座53上。下部定位装置51定位安装在旋转气缸上。利用轴套同心的原理，保证不同的工装夹具安装在同一个旋转气缸上时，位置的精确。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于电路板焊接的焊接系统，其特征在于：包括焊接工作台、激光光源、光纤、送丝机构、图像跟踪系统、轨迹运行机构以及夹持电路板的工装模具；激光光源产生激光并通过光纤传输；轨迹运行机构调节焊接工作台上的水平工作台的位置，水平工作台固定在Y轴的丝杠上，Y轴丝杠固定在X轴的丝杠上，X轴丝杠固定在焊接工作台上,X轴和Y轴的丝杠通过步进电机来控制运动；旋转气缸固定在水平工作台上，工装模具安装在旋转气缸上并随着气缸旋转；图像跟踪系统和送丝机构均固定在焊接工作台上的垂直工作台上，垂直工作台固定在Z轴丝杠上，Z轴丝杠固定在焊接工作台上。

2.根据权利要求1所述的电路板焊接的焊接系统，其特征在于：所述送丝机构由夹紧齿轮、焊锡丝、步进电机以及送丝轨道组成，所述焊锡丝在所述送丝轨道上运动，所述步进电机控制夹紧齿轮的转动并带动焊锡丝运动。

3.根据权利要求1所述的电路板焊接的焊接系统，其特征在于：所述夹持电路板的工装模具包括工装模具底座、定位装置以及电路板的定位夹具，电路板的定位夹具和定位装置均固定在工装模具底座上，定位装置定位安装在旋转气缸上。

4.根据权利要求1所述的电路板焊接的焊接系统，其特征在于：所述图像跟踪系统、轨迹运行机构和送丝机构进行五轴联动。