一种电路板激光焊接装置及其焊接方法与流程

[0001]
本发明涉及激光焊接技术领域，具体为一种电路板激光焊接装置及其焊接方法。


背景技术：

[0002]
电路板一种集成性电子产品，被广泛应用在电路优化及电器布局上，因其电路元件结构微小紧密，因而对于电路板的批量生产一般采用激光焊接的方式，激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源，利用接触或者非接触型的方式，使工件或者焊丝熔化，使其形成特定熔池，促使工件与母件或者工件之间自然融接结合的高精度焊接方法。
[0003]
当激光焊接枪对焊丝及工件进行激光焊接时，因其内部聚焦镜聚焦后，所散射的激光，具有高能量密度，金属焊丝在受高温熔化时，会产生液体熔滴飞溅，则导致保护镜片受到灼伤受损，在现有技术中，一般采用在保护镜片底端一侧设置排气口，通过压缩空气且利用气泵泵射，在保护镜片底端形成气墙罩，从而阻隔熔滴飞溅至保护镜片，但因电路板焊接多采用间歇性焊接规律，当激光器处于在未焊接间歇时，排气口仍不断排气构成气墙罩，而气墙罩形成所需流速较大，其所需压缩空气密度及能量也较大，因而当激光器对一张完整电路板进行激光焊接时，其所需消耗的动能较大，不利于激光器进行大批量的电路板焊接工作，容易造成机械功率过高，而导致机器停断故障。


技术实现要素：

[0004]
针对背景技术中提出的现有电路板激光焊接装置在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种电路板激光焊接装置及其焊接方法，具备自动检测激光焊接枪头状态，实时产生气墙罩，进行阻隔飞溅，保护镜片的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
[0005]
本发明提供如下技术方案：一种电路板激光焊接装置，包括枪头外壳，所述枪头外壳的内腔上部固定安装有导光直射镜，所述枪头外壳的内腔中部固定安装有位于导光直射镜的底端下方的聚集镜片，所述聚集镜片的底端下方固定安装有保护镜片，所述导光直射镜与聚集镜片的内侧之间一侧放置有辐射聚焦镜，所述辐射聚焦镜的一端固定安装有光伏半导体，所述光伏半导体的一端固定套接有密封罩，所述光伏半导体的两端固定连接有导线，所述导线的一端固定缠绕有电磁铁，所述电磁铁的内腔中部活动安装有转轴，所述转轴的外部固定套接有永磁体，且永磁体位于电磁铁的内腔，所述电磁铁的外部固定套接有通气管，所述枪头外壳的下部一侧固定安装有排气管，所述排气管的一端固定套接有调管环。
[0006]
优选的，所述辐射聚焦镜的光斑区域长度及宽度，等于光伏半导体正对辐射聚焦镜的一面的长度及宽度。
[0007]
优选的，所述密封罩的内腔壁是非反光材质，不具备反射特性且不透光。
[0008]
优选的，所述电磁铁的质量是永磁体的质量的一半。
[0009]
优选的，所述永磁体的两端磁极与电磁铁的两端磁极，磁性相同。
[0010]
优选的，所述排气管的内腔分为三段腔室，腔室端口依次缩短。
[0011]
优选的，所述调管环的一端活动安装在枪头外壳的底端一侧，其具有可拨动旋转
的功能。
[0012]
一种电路板激光焊接装置的焊接方法，包括以下操作步骤：
[0013]
s1、将需要进行焊接的电路板工件置于激光焊接枪头的正下方，即枪头外壳的底端正下方；
[0014]
s2、启动激光器，激光从激光发生器传导至导光直射镜，经聚焦镜片进行折射聚焦，透过保护镜片，投射至电路板工件上，进行焊接工作；
[0015]
s3、在激光经导光直射镜直射至聚焦镜片时，辐射聚焦镜将激光辐射光折射聚焦，形成光斑照至光伏半导体的一端表面，光伏半导体吸收光能，并转化为电能，通过导线传输至电磁铁，电磁铁通电产生磁性，与永磁铁产生相对斥力，利用转轴，使得永磁铁被推开，压缩空气从通气管流通，流至保护镜片底端，形成气墙罩；
[0016]
s4、在气墙罩形成同时，气墙罩的气体流至排气管，经排气管流通，排至电路板工件表面，保护电路板工件不被氧化。
[0017]
本发明具备以下有益效果：
[0018]
1、本发明通过采用辐射聚焦镜，利用激光具有高光性的特征，当激光通过导光直射镜垂直照射至聚焦镜片，即激光器开始运作时，激光束辐射出大量高光至枪头外壳的内腔壁上，通过辐射聚焦镜将辐射高光重新聚焦凝光，使其折射成大幅面的光斑，照射至光伏半导体上，利用光伏半导体吸收光内光子，使得光伏半导体的pn结形成不同载流子状态，即p端呈正电荷状态，n端呈负电荷状态，再通过导线导流电荷运动，形成回路电流，从而使得电磁铁产生磁性，因永磁体与其磁极相同，两者之间存在斥力，使永磁体被排斥弹开，从而令压缩气体流通通气管，进而形成气墙罩，进行阻隔飞溅的功能，反之，光伏半导体未收到光照，不具备pn结不同状态分布，进而使电磁铁失去电流通电，失去磁性，永磁体通过转轴重新复位关闭通气管，阻隔压缩空气，使气墙罩停止形成，综上所述，通过光伏半导体及电磁铁等结构可实现自动检测激光器工作状态，进而决定气墙罩是否形成的目的，此方式相较于直接利用激光器开关源串联磁阀，进行控制气墙罩状态，其拥有并联电路的有益特性，即一方动力失效时，电路仍可正常运行通路，避免因机器或者装置的突然停机故障，而导致电路短路的运行不良问题。
[0019]
2、本发明通过排气管，将气墙罩回收，利用排气管内腔特定的三段腔室结构，当气体进入时，气体可流经的端口横截面依次缩小，内腔空间也依次缩小，进而可导致气体的流速及气压压强依次增大，避免气体流通时，流速的衰减，且使其通过管口时，具有一定喷射距离，令回收的气体作为保护气体喷覆在工件周围，避免工件焊接时产生氧化反应。
附图说明
[0020]
图1为本发明结构示意图；
[0021]
图2为本发明电磁铁示意图；
[0022]
图3为本发明排气管示意图；。
[0023]
图中：1、枪头外壳；2、导光直射镜；3、聚集镜片；4、保护镜片；5、辐射聚焦镜；6、光伏半导体；7、密封罩；8、导线；9、电磁铁；10、转轴；11、永磁体；12、通气管；13、排气管；14、调管环。
具体实施方式
[0024]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]
请参阅图1-3，，一种电路板激光焊接装置，包括枪头外壳1，枪头外壳1的内腔上部固定安装有导光直射镜2，枪头外壳1的内腔中部固定安装有位于导光直射镜2的底端下方的聚集镜片3，聚集镜片3的底端下方固定安装有保护镜片4，导光直射镜2与聚集镜片3的内侧之间一侧放置有辐射聚焦镜5，辐射聚焦镜5的一端固定安装有光伏半导体6，通过采用辐射聚焦镜5，利用激光具有高光性的特征，当激光通过导光直射镜2垂直照射至聚焦镜片3，即激光器开始运作时，激光束辐射出大量高光至枪头外壳1的内腔壁上，通过辐射聚焦镜5将辐射高光重新聚焦凝光，使其折射成大幅面的光斑，照射至光伏半导体6上，光伏半导体6的一端固定套接有密封罩7，光伏半导体6的两端固定连接有导线8，导线8的一端固定缠绕有电磁铁9，电磁铁9的内腔中部活动安装有转轴10，转轴10的外部固定套接有永磁体11，且永磁体11位于电磁铁9的内腔，电磁铁9的外部固定套接有通气管12，利用光伏半导体6吸收光内光子，使得光伏半导体6的pn结形成不同载流子状态，即p端呈正电荷状态，n端呈负电荷状态，再通过导线8导流电荷运动，形成回路电流，从而使得电磁铁9产生磁性，因永磁体11与其磁极相同，两者之间存在斥力，使永磁体11被排斥弹开，从而令压缩气体流通通气管12，进而形成气墙罩，进行阻隔飞溅的功能，反之，光伏半导体6未收到光照，不具备pn结的不同状态分布，进而使电磁铁9失去电流通电，失去磁性，永磁体11通过转轴10重新复位，关闭通气12，阻隔压缩空气，使气墙罩停止形成，综上所述，通过光伏半导体6及电磁铁9等结构可实现自动检测激光器工作状态，进而决定气墙罩是否形成的目的，此方式相较于直接利用激光器开关源串联磁阀，进行控制气墙罩状态，其拥有并联电路的有益特性，即一方动力失效时，电路仍可正常运行通路，避免因机器或者装置的突然停机故障，而导致电路短路的运行不良问题，枪头外壳1的下部一侧固定安装有排气管13，利用排气管13对气墙罩的气体进行回收利用，排气管13的一端固定套接有调管环14，通过调管环14可自由调节排气管13的朝向位置。
[0026]
其中，辐射聚焦镜5的光斑区域长度及宽度，等于光伏半导体6正对辐射聚焦镜5的一面的长度及宽度，如图1所示，a表示从辐射聚焦镜5顶端边缘处，到光伏半导体6顶端边缘处的长度距离，b表示从辐射聚焦镜5底端边缘处，到光伏半导体6底端边缘处的长度距离，a、b之间所形成的区域，即为辐射聚焦镜5可折射聚光的区域范围，因辐射聚焦镜5的聚光区域与光斑区域呈线性关系，因而可保证光伏半导体6的端面所受到的光照充足，pn结的状态可快速分布形成。
[0027]
其中，密封罩7的内腔壁是非反光材质，不具备反射特性且不透光，避免辐射聚焦镜5在进行辐射高光聚焦时，密封罩7影响聚焦效果，且不反光、不透光，可避免辐射高光的四散衰减，可集中被聚焦处理。
[0028]
其中，电磁铁9的质量是永磁体11的质量的一半，因磁体之间的斥力与磁体质量呈正比，因而电磁铁9对于永磁体11的斥力，小于永磁体11对于电磁铁9的斥力，当电磁铁9具有磁性时，永磁体11的对电磁铁9的斥力，驱使永磁体11发生偏离运动，通过转轴10，达到永
磁体11被转开的效果。
[0029]
其中，永磁体11的两端磁极与电磁铁9的两端磁极，磁性相同。
[0030]
其中，排气管13的内腔分为三段腔室，腔室端口依次缩短，利用排气管13内腔特定的三段腔室结构，当气体进入时，气体可流经的端口横截面依次缩小，内腔空间也依次缩小，进而可导致气体的流速及气压压强依次增大，避免气体流通时，流速的衰减，且使其通过管口时，具有一定喷射距离，令回收的气体作为保护气体喷覆在工件周围，避免工件焊接时产生氧化反应。
[0031]
其中，调管环14的一端活动安装在枪头外壳1的底端一侧，其具有可拨动旋转的功能。
[0032]
一种电路板激光焊接装置的焊接方法，包括以下操作步骤：
[0033]
s1、将需要进行焊接的电路板工件置于激光焊接枪头的正下方，即枪头外壳1的底端正下方；
[0034]
s2、启动激光器，激光从激光发生器传导至导光直射镜2，经聚焦镜片3进行折射聚焦，透过保护镜片4，投射至电路板工件上，进行焊接工作；
[0035]
s3、在激光经导光直射镜2直射至聚焦镜片3时，辐射聚焦镜5将激光辐射光折射聚焦，形成光斑照至光伏半导体6的一端表面，光伏半导体6吸收光能，并转化为电能，通过导线8传输至电磁铁9，电磁铁9通电产生磁性，与永磁铁11产生相对斥力，利用转轴10，使得永磁铁11被推开，压缩空气从通气管12流通，流至保护镜片4底端，形成气墙罩；
[0036]
s4、在气墙罩形成同时，气墙罩的气体流至排气管13，经排气管13流通，排至电路板工件表面，保护电路板工件不被氧化。
[0037]
本发明的使用方法(工作原理)如下：
[0038]
当激光器开始运作，即激光通过导光直射镜2垂直照射至聚焦镜片3时，辐射聚焦镜5将激光束所辐射的高光重新聚焦凝光，使其折射成大幅面的光斑，照射至光伏半导体6上，利用光伏半导体6吸收光内光子，使得光伏半导体6的pn结形成不同载流子状态，当光伏半导体6的p端呈正电荷状态，n端呈负电荷状态时，通过导线8导流，形成回路电流，使电磁铁9产生磁性，因永磁体11与其磁极相同，两者之间存在斥力，使永磁体11被排斥弹开，当永磁体11被排斥弹开时，压缩气体流通通气管12，喷射至枪头外壳1的内腔，进而形成气墙罩，进行阻隔飞溅的功能。
[0039]
反之，则当激光器停止运作，即没有激光通过导光直射镜2时，因光伏半导体6未收到光斑光照，因而光伏半导体6的pn结不具备不同状态的分布，，进而无电流的产生，导线8内无电流流通，则电磁铁9失去磁性，永磁体11通过转轴10重新复位关闭通气管12，阻隔压缩空气，使气墙罩停止形成。
[0040]
当气墙罩形成时，排气管13会对其进行回收利用，气墙罩的气体通过管口进入排气管13，经排气管13内部结构，气体气压加强，流速加大，最终喷射至焊接工件，对于排气管13的位置，可通过拧转调管环14，进行位置调节即可。
[0041]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0042]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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