電烙鐵式錫焊機(jī)器人多模組焊接工藝及實(shí)現(xiàn)?

程 虎

（武漢數(shù)字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

錫焊是指在一定溫度下融化成液態(tài)的金屬合金，在被焊金屬表面形成新的合金層達(dá)到被焊物之間結(jié)構(gòu)上的聯(lián)接和電氣上的導(dǎo)電［1］。隨著焊接技術(shù)的智能化、自動(dòng)化［2］，采用基于機(jī)器人的自動(dòng)焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動(dòng)化的標(biāo)志［3］。錫焊機(jī)器人起源于日本［4］，目前錫焊機(jī)器已經(jīng)成功應(yīng)用于汽車制造、電子、數(shù)碼、LCD（Liquid Crystal Display）等行業(yè)［5］。錫焊機(jī)器人生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部分是錫焊工藝。目前用于錫焊機(jī)器人的自動(dòng)化錫焊工藝主要分為電烙鐵焊接、高周波焊接及激光焊接三大類［6］。在軍工行業(yè)由于產(chǎn)品特性要求，電烙鐵式錫焊機(jī)器人焊接工藝被廣泛使用。錫焊工藝是錫焊機(jī)器人的核心技術(shù)［7］，得益于加熱技術(shù)的發(fā)展［8］，錫焊機(jī)器人的錫焊工藝已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)電烙鐵的束縛。但傳統(tǒng)的焊接工藝在編程過程中焊接溫度參數(shù)需多次調(diào)試，效率低，特別是對(duì)于溫差值大的焊點(diǎn)焊接不良率大。本文針對(duì)上述情況提出了一種多模組焊接工藝方法以及進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

2 電烙鐵式錫焊機(jī)器人原理

2.1 電烙鐵式錫焊機(jī)器人組成

電烙鐵式錫焊機(jī)器人由焊接工作平臺(tái)、手持式示教編程器也稱示教盒［9］、加熱控制器、出錫控制器、焊臂組件、焊咀、焊咀清潔系統(tǒng)、煙霧凈化過濾系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.2 電烙鐵式錫焊機(jī)器人常規(guī)工藝流程

電烙鐵式錫焊機(jī)器人常規(guī)工藝流程如圖2所示。

通過示教模式［10］，由方向鍵進(jìn)行焊點(diǎn)定位的模擬運(yùn)動(dòng)，完成示教任務(wù)［11］。示教任務(wù)中的新建示教文件、編制示教文件、下載示教文、選擇加工文件幾個(gè)步驟在手持式示教編程器上完成，加熱參數(shù)設(shè)置在加熱控制器上完成。

圖1 電烙鐵式錫焊機(jī)器人的構(gòu)成

圖2 電烙鐵式錫焊機(jī)器人常規(guī)工藝流程圖

2.3 常規(guī)焊接的現(xiàn)狀

通常，烙鐵頭溫度多被設(shè)定在320℃～340℃上下，比錫絲的熔點(diǎn)高150℃左右［12］。隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，PCB的集成度越來越高，布局也越來越復(fù)雜。PCB上的焊盤大小不一、覆銅厚度不一的情況也越來越常見，以至于焊接中每個(gè)點(diǎn)之間的焊接參數(shù)值差異也越來越大。常規(guī)的焊接工藝方法需要多次試焊調(diào)試加熱參數(shù)，在各個(gè)焊點(diǎn)需求溫度之間找一個(gè)合適的平衡溫度值。常規(guī)的編程工藝方法不僅效率低，而且面對(duì)一些焊接溫度區(qū)間窄的元器件、焊接溫度值差異較大的元器件的焊接時(shí)，則不能按焊接工藝要求完成焊接。對(duì)于這些特殊的點(diǎn)通常采用手工焊接或手工修補(bǔ)的方式來完成。

3 多模組焊接工藝及實(shí)現(xiàn)

3.1 多模組焊接原理

將同一PCB上的某一特殊待焊點(diǎn)或某些特殊待焊點(diǎn)作為一類或多個(gè)類別的焊接對(duì)象，分模組進(jìn)行編程和焊接。

3.2 多模組焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)

選擇最佳的焊接溫度對(duì)焊接質(zhì)量的保證有相當(dāng)大的作用［13］。分模組進(jìn)行編程和焊接，可以針對(duì)每個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)合適的或特定的參數(shù)，避免了特殊元器件因焊接溫度過高而損傷或因焊接溫度不夠造成的焊接不良的情況。

3.3 多模組焊接工藝

3.3.1 多模組焊接工藝流程

多模組焊接工藝流程如圖3所示。

圖3 多模組焊接工藝流程圖

3.3.2 多模組焊接工藝方法

1）根據(jù)PCB文件識(shí)別所焊器件對(duì)應(yīng)焊盤覆銅面積，一般GND和電源焊盤覆銅面積大，焊接溫度一般比普通點(diǎn)高。

2）查看所焊元器件溫度焊接要求，找出對(duì)焊接溫度有特殊要求和焊接溫度值差異大的器件及對(duì)應(yīng)焊接通孔。

3）將覆銅面積大的焊盤、溫度要求特殊的器件焊盤、普通焊盤等按焊接溫度要求分為若干類別，每個(gè)類別為一個(gè)焊接對(duì)象。

4）將每類焊接對(duì)象作為獨(dú)立的一個(gè)文件名保存。

5）打開文件名對(duì)焊接對(duì)象進(jìn)行坐標(biāo)、焊接時(shí)間、送錫量、R軸壓力及角度等參數(shù)設(shè)置，完成后保存。

6）依次調(diào)用文件并同時(shí)調(diào)整加熱溫度參數(shù)對(duì)PCB板進(jìn)行焊接直至完成。

3.4 實(shí)現(xiàn)

下面試舉一種PCB板的2種不同插件元器件焊接為例。PCB名稱為M，板層為8層，插件器件均為有鉛器件，2種器件為J2（2.54間距雙排針），PWR（6芯2mm單排插座），如圖4所示。

圖4 插件器件J2和PWR

1）找出PCB文件中覆銅面積大的焊盤，如圖5所示。從圖中可以看出J2的兩個(gè)GND和PWR的一個(gè)GND覆銅面積大。

圖5 印制板的PCB文件

2）查看J2（2.54間距雙排針），PWR（6芯2mm單排插座）的焊接工藝溫度要求。J2（2.54間距雙排針）和PWR（6芯2mm單排插座）的焊接溫度范圍為300℃～350℃，J2和PWR的GND焊接溫度范圍為330℃～380℃。

3）根據(jù)分析將J2和PWR的GND為一個(gè)類別A，J2和PWR的非GND為一個(gè)類別B。

4）將A、B兩個(gè)類別分別保存為文件名M1、M2。

5）分別打開文件M1、M2并對(duì)其焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成后保存。

6）選擇加工文件M1，調(diào)整焊接溫度參數(shù)，溫度參數(shù)設(shè)置為350℃，對(duì)PCB板進(jìn)行焊接。待M1焊接完成后，選擇加工文件M2，調(diào)整焊接溫度參數(shù)，溫度參數(shù)設(shè)置為380℃，對(duì)PCB板進(jìn)行焊接。

7）待所有文件焊接完成后，完成關(guān)機(jī)操作步驟。

3.5 實(shí)施驗(yàn)證

對(duì)多模組焊接工藝實(shí)施進(jìn)行了驗(yàn)證并與常規(guī)工藝進(jìn)行了對(duì)比，如表1常規(guī)焊接工藝的焊接程序只有一個(gè)文件程序，所以溫度參數(shù)的設(shè)置要兼顧多個(gè)器件的工藝要求，將上例中的PCB板焊接以常規(guī)焊接工藝進(jìn)行生產(chǎn)，溫度值應(yīng)該設(shè)置在330℃～350℃。

表1 多模組焊接工藝與常規(guī)工藝焊接效果對(duì)比

4 結(jié)語

錫焊機(jī)器人的應(yīng)用使得焊接質(zhì)量和效率都得到很大的提升，多模組焊接工藝的提出與應(yīng)用使錫焊機(jī)器人焊接工藝得到進(jìn)一步優(yōu)化，減少了焊接不良品的發(fā)生，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。