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申请/专利权人：湖南大学

摘要：本发明公开了一种微间距金属Pin与芯线的透光式焊接装置及焊接方法，涉及激光焊接技术。所述透光式焊接装置包括焊接夹具以及设于焊接夹具上方的透光组件，透光组件上的透光孔与金属pin和芯线上的焊点相适配，通过透光孔将激光束定位至焊点上，实现了微间距金属pin与芯线的精确焊接，避免了对非焊接部位造成损伤；由于透光孔对激光束的定位作用，降低了执行机构对激光头移动位置的精度要求，且在激光焊接时无需对激光光斑的形状进行调节；执行机构可以带动激光头连续移动，实现了金属pin与芯线的快速焊接，提高了焊接效率，且可实现焊接部位空间狭窄的焊接。

主权项：1.一种微间距金属pin与芯线的透光式焊接装置，包括执行机构（3），与所述执行机构（3）连接的激光头（1），其特征在于，还包括：用于将金属pin（801）和芯线（6）固定的焊接夹具（5）；以及设于所述焊接夹具（5）的上方的透光组件（4），所述透光组件（4）包括设有多个透光孔（402）的透光板（401），所述透光孔（402）的形状大小与金属pin（801）和芯线（6）上焊点（804）的形状大小相匹配，透光孔（402）的位置与所述焊点（804）的位置相对应；所述透光板（401）采用高熔点的材料制成；所述焊接夹具（5）包括底板（501）、连接器固定结构和芯线固定结构；所述连接器固定结构和芯线固定结构分别可拆卸地设在所述底板（501）上；在所述连接器固定结构上设有用于固定连接器的容纳槽；在所述芯线固定结构上设有多个用于定位芯线（6）的芯线定位槽（502）；固定于所述容纳槽内的连接器的金属pin（801）的数量与所述芯线定位槽（502）的数量相同；在所述底板（501）的侧面设有进气管（504），在所述底板（501）上设有多个气孔（505），所述气孔（505）位于相邻金属pin（801）之间；所述进气管（504）穿过底板（501）内部与所述气孔（505）连通。

全文数据：一种微间距金属pin与芯线的透光式焊接装置及焊接方法技术领域本发明属于激光焊接技术，尤其涉及一种微间距金属Pin与芯线的透光式焊接装置及焊接方法。背景技术当前电子设备加工组装技术向小型化、微细化、绿色化方向发展，从而要求产品的同轴线径、插针间距也越来越小。用于实现电信号传输和控制的连接器，作为一种基础电子连接件，其微间距金属Pin与芯线的互连焊接是最普遍的焊接应用之一。传统的手工锡焊、自动烙铁锡焊或者热风焊接技术，容易损伤非焊接区域的芯片或芯线，极易形成电子设备之间的短路，且焊接速度慢，难以满足有微间距金属Pin的芯片及芯线的焊接需求。伴随着激光技术的发展，激光焊接以其焊接速度快，焊接变形小，飞溅少，易于实现自动化等突出优点逐渐在制造业中广泛应用。同时，激光焊接具有非接触式焊接，焊接光斑小，热影响区小等优点，因此，在金属Pin与芯线焊接技术领域有着广泛的应用前景。目前，上海交通大学的学位论文“多焊点热棒（Hot-bar）锡焊工艺参数优化”以富士康公司的线缆连接器为研究对象，采用热棒焊的焊接方式进行焊接，但是，热棒焊焊接头受所焊接线材外径的限制，共享性较差，需定制。电子科技大学的学位论文“Micro-USB电子连接器激光软钎焊接工艺研究及数值模拟”以Micro-USBv2.0电子连接器为研究对象，采用激光软钎焊接工艺对连接器金属Pin与芯线进行焊接，提出运用激光软钎焊技术来解决连接器与导线的互连焊接问题，但是该论文是以单根为焊接方式，对于多根焊接及多根焊接效率并未研究。日本Photen公司研发了YAG50W功率的焊接机，能够实现在0.3mm间距的连接器的焊接，但是，该焊接机对执行机构精度要求高，设备投资成本极高，体积相对庞大，需要逐点焊接，其生产效率不如热风，热棒焊接。公开号为CN107199381，名称为一种连接器焊接的工艺方法的专利文献，其中，公开了采用清洗、烘干SMP连接器及微波壳体，点涂焊锡膏和插装连接器，再在连接器上加注阻焊胶，然后对连接器与壳体进行焊接，清除阻焊胶并进行清洗一系列工艺，对SMP连接器进行焊接，但是对于微间距金属Pin与芯线的互连焊接，该方法不奏效。公开号为CN10678577，名称为一种连接器自动焊线机的专利文献，其中，公开了将链条式送线模组、裁剥芯线模组、连接器的上料模组、自动送锡丝组件、焊接模组组合在一台机器上，实现USB2.0连接器在与线材焊接组装，该自动焊线机仍然不适用于微间距金属Pin与芯线的互连焊接。发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种微间距金属Pin与芯线的透光式焊接装置，通过透光组件上的透光孔将激光投射到芯线的焊点上，实现微间距金属Pin与芯线的互连焊接，降低执行机构的精度要求，避免对非焊接部位的损伤。本发明还提供一种微间距金属Pin与芯线的焊接方法，通过透光组件与微间距金属Pin和芯线焊点位置及形状的匹配，使得穿过透光孔的激光正好投射到芯线的焊点上，降低执行机构的精度要求，避免对非焊接部位的损伤。本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种微间距金属Pin与芯线的透光式焊接装置，包括执行机构，与所述执行机构连接的激光头，其特点是还包括：用于将金属Pin和芯线固定的焊接夹具；以及设于所述焊接夹具的上方的透光组件，在所述透光组件上设有多个透光孔，所述透光孔的形状大小与金属Pin和芯线上焊点的形状大小相匹配，透光孔的位置与所述焊点的位置相对应；所述透光板采用高熔点的材料制成。本发明透光式焊接装置，不同间距的金属Pin和芯线与对应间距的透光孔相匹配，根据待焊接的金属Pin和芯线上焊点的形状和位置更换设有对应透光孔的透光组件；当激光头在执行机构的作用下移至透光组件上第一个透光孔的上方时，激光头发出的激光束穿过透光孔正好投射到金属Pin和芯线的焊点上，实现金属Pin与芯线的焊接，激光头再移至下一个透光孔，直到完成所有金属Pin与芯线的焊接；该装置利用激光作为热源，通过透光孔实现热源与焊点之间的定位，使得热源正好与焊点重合，以实现微间距金属Pin与芯线的焊接，降低了执行机构对激光头移动位置的精度要求，无需对激光光斑的形状进行调节，避免了对非焊接部位（例如芯片或芯线）造成损失；由于采用激光焊接，对焊接部位的空间位置无特殊要求，可以实现焊接部位空间狭窄的焊接；执行机构可实现激光头的连续移动，实现了微间距金属Pin与芯线的快速焊接，提高了焊接效率。进一步地，所述透光组件还包括：设有多个所述透光孔的透光板，以及用于支撑所述透光板的支撑柱。通过支撑柱的支撑作用，将设有透光孔的透光板置于焊接夹具的上方。进一步地，所述支撑柱设于所述焊接夹具上。进一步地，所述支撑柱为定位销，所述定位销的下端为锥形，通过下端锥形引导，以实现透光组件在焊接夹具上的快速安装和定位。进一步地，所述透光板的厚度大于5mm，避免了激光长期照射导致透光板损耗，提高了透光组件的使用寿命。进一步地，所述焊接夹具包括底板、连接器固定结构和芯线固定结构；所述连接器固定结构和芯线固定结构分别可拆卸地设在所述底板上；在所述连接器固定结构上设有用于固定连接器的容纳槽；在所述芯线固定结构上设有多个用于定位芯线的芯线定位槽；固定于所述容纳槽内的连接器的金属pin的数量与所述芯线定位槽的数量相同。进一步地，固定于所述容纳槽内的连接器的相邻金属pin之间的间距与相邻芯线定位槽之间的间距相同。进一步地，固定于所述容纳槽内的连接器的金属pin的位置与定位于所述芯线定位槽内的芯线的位置相对应。进一步地，在所述底板的侧面设有进气管，在所述底板上设有多个气孔，所述气孔位于相邻金属pin之间；所述进气管穿过底板内部与所述气孔连通。惰性气体通过进气管进入底板内，再通过气孔排出，在焊接过程中，惰性气体充盈于焊点的周围，对焊点形成保护。相应地，一种利用所述透光式焊接装置进行微间距金属pin与芯线焊接的方法，包括以下几个步骤：步骤1：固定连接器和芯线，使芯线位于连接器的金属pin上，确定金属pin和芯线上焊点的位置、形状大小以及相邻焊点之间的间距；步骤2：根据所述步骤1焊点的位置、形状大小和相邻焊点之间的间距选择对应的透光组件；步骤3：安装透光组件，透光组件上的透光孔与所述焊点一一对应，使穿过透光孔的激光束正好投射在焊点上；步骤4：设置焊接工艺参数，执行机构控制激光头移至透光孔实现连接器金属pin与芯线的焊接。有益效果与现有技术相比，本发明提出的透光式焊接装置包括焊接夹具以及设于焊接夹具上方的透光组件，透光组件上的透光孔与金属pin和芯线上的焊点相适配，通过透光孔将激光束定位至焊点上，实现了微间距金属pin与芯线的精确焊接，避免了对非焊接部位造成损伤；由于透光孔对激光束的定位作用，降低了执行机构对激光头移动位置的精度要求，且在激光焊接时无需对激光光斑的形状进行调节；执行机构可以带动激光头连续移动，实现了金属pin与芯线的快速焊接，提高了焊接效率，且可实现焊接部位空间狭窄的焊接；本发明的透光式焊接装置成本低，安装和操作简单，具有较强的实用性。附图说明为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例中透光式焊接装置的结构示意图；图2是本发明实施例中标号7的局部放大图；图3是本发明实施例中透光组件的结构示意图；其中，1-激光头，101-光纤，102-激光束，103-透镜A，104-透镜B，2-连接法兰，3-执行机构，4-透光组件，401-透光板，402-透光孔，403-定位销，5-焊接夹具，501-底板，502-芯线定位槽，503-盖板，504-进气管，505-气孔，506-芯线定位板，507-紧固螺栓，6-芯线，601-线缆，7-局部放大图2的位置，8-连接器，801-金属pin，802-芯片，803-插针，804-焊点。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动的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。如图1所示，本发明所提供的一种微间距金属pin与芯线的透光式焊接装置，包括执行机构3、激光头1、焊接夹具5以及透光组件4；执行机构3通过连接法兰2与激光头1连接。在本实施例中，执行机构3为现有技术中的机器人或者机床，通过执行机构3来控制激光头1的移动。激光头1包括光纤101、透镜A103和透镜B104，从光纤101传输来的激光束102经过透镜A103和透镜B104的聚焦后发射出去，发射出去的激光束102作为热源作用于芯线6与金属pin801上，形成熔池，激光束102作用结束后，冷却形成焊点804，实现焊接。在本实施例中，激光头1为现有技术。如图1和2所示，焊接夹具5包括底板501、连接器固定结构和芯线固定结构；连接器固定结构和芯线固定结构分别可拆卸地设在底板501上，可拆卸地连接方式可以为螺钉或者螺栓连接。在连接器8固定结构上设有容纳槽，将待焊接的连接器8置于容纳槽内固定，连接器8的芯片802、插针803以及金属pin801裸露在外，连接器8具有金属pin801的一端紧邻芯线固定结构。芯线固定结构包括芯线定位板506和盖板503，在芯线定位板506的上表面设有多个芯线定位槽502，在盖板503的下表面设有多个与芯线定位槽502相适配的凹槽，芯线定位槽502和凹槽的大小与芯线6的直径相适配，芯线6固定在芯线定位槽502与凹槽中，整个芯线固定结构通过紧固螺栓507可拆装地固定在底板501上。当连接器8固定在容纳槽内时，金属pin801的位置、数量以及相邻金属pin801之间的间距确定，然后选择对应的芯线固定结构，该芯线固定结构的芯线定位槽502的数量、相邻芯线定位槽502之间的间距分别与金属pin801的数量、相邻金属pin801之间的间距相匹配，将芯线定位板506安装在底板501上，芯线定位槽502的位置与金属pin801的位置一一对应，芯线6置于芯线定位槽502内，使芯线6位于金属pin801上，盖上盖板503实现了芯线6的固定，根据芯线6和金属pin801可以确定该芯线6和金属pin801上的焊接部位的位置、形状大小以及相邻焊接部位之间的间距（即焊点804的位置、形状大小和相邻焊点804之间的间距）。在底板501的两侧面均设有进气管504，在底板501上设有多个气孔505，该气孔505位于相邻的金属pin801之间，进气管504穿过底板501内部与气孔505连通，惰性气体通过进气管504可以进入到底板501内部，再通过气孔505排出，在焊接过程中，惰性气体充盈于每个焊点804的周围，对焊点804形成保护。如图1和3所示，透光组件4包括透光板401、设于透光板401上的多个透光孔402以及定位销403；透光孔402的形状大小与芯线6和金属pin801上的焊点804的形状大小相匹配，相邻透光孔402之间的间距与相邻焊点804之间的间距相同，再采用定位销403将透光板401设于焊接夹具5的上方，使每个透光孔402的位置与每个焊点804的位置一一对应，穿过透光孔402的激光束102正好投射在焊点804上。本实施例中，采用两个定位销403实现透光板401与焊接夹具5之间的定位（实际上是透光孔402与焊点804之间的定位），定位销403的直径为M5，且定位销403的下端为呈10°的锥角，利用锥角的引导作用，使得透光板401快速装配在焊接夹具5上，易于定位；透光板401采用高熔点的钨材料制成，钨材料硬度高，熔点高，不易受侵蚀，在激光的照射下不易受侵蚀，提高了透光组件4的使用寿命，为了避免透光板401长期使用损耗，透光板401的厚度大于5mm，同时，在设计透光板401的厚度时，需考虑聚焦镜的焦距限制和定位销403的高度，避免透光板401太厚难以保证焦斑能作用于焊接部位。透光组件4是根据芯线6和金属pin801上焊点804的位置和形状大小来选择的，保证了穿过透光孔402的激光束102能够正好投射在焊点804上，实现了芯线6与金属pin801的精确焊接，避免了非焊接部位的损伤。本发明提出的一种利用上述装置进行微间距金属pin与芯线焊接的方法，具体操作为：1、采用连接器固定结构将连接器固定在焊接夹具上，根据连接器上金属pin的位置、数量以及相邻金属pin的间距选择芯线固定结构，芯线通过芯线固定结构固定在焊接夹具上，芯线与金属pin一一对应，且芯线位于金属pin上，此时，即可确定芯线和金属pin上焊点的位置、形状大小以及相邻焊点之间的间距。2、根据焊点的位置、形状大小以及相邻焊点之间的间距选择相应的透光组件，透光组件上透光孔的形状大小、位置以及相邻透光孔之间的间距分别与焊点的位置、形状大小以及相邻焊点之间的间距相匹配或者相对应，安装透光组件，使穿过透光孔的激光束正好投射到焊点上；通过透光孔将激光束定位至焊点上，降低了执行机构对激光头移动位置的精度要求。3、设置焊接工艺参数，执行机构控制激光头的移动，当激光头移至第一个透光孔的上方时，发出激光束，实现第一个焊点的焊接，激光头沿着透光孔的轴心方向运动，完成下一个焊点的焊接，直到完成所有焊点的焊接，即完成了该连接器与芯线的焊接。以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种微间距金属pin与芯线的透光式焊接装置，包括执行机构（3），与所述执行机构（3）连接的激光头（1），其特征在于，还包括：用于将金属pin（801）和芯线（6）固定的焊接夹具（5）；以及设于所述焊接夹具（5）的上方的透光组件（4），在所述透光组件（4）上设有多个透光孔（402），所述透光孔（402）的形状大小与金属pin（801）和芯线（6）上焊点（804）的形状大小相匹配，透光孔（402）的位置与所述焊点（804）的位置相对应；所述透光板（401）采用高熔点的材料制成。2.如权利要求1所述的透光式焊接装置，其特征在于，所述透光组件（4）还包括：设有多个所述透光孔（402）的透光板（401），以及用于支撑所述透光板（401）的支撑柱。3.如权利要求2所述的透光式焊接装置，其特征在于，所述支撑柱设于所述焊接夹具（5）上。4.如权利要求3所述的透光式焊接装置，其特征在于，所述支撑柱为定位销（403），所述定位销（403）的下端为锥形。5.如权利要求1或2所述的透光式焊接装置，其特征在于，所述透光板（401）的厚度大于5mm。6.如权利要求1所述的透光式焊接装置，其特征在于，所述焊接夹具（5）包括底板（501）、连接器固定结构和芯线固定结构；所述连接器固定结构和芯线固定结构分别可拆卸地设在所述底板（501）上；在所述连接器固定结构上设有用于固定连接器的容纳槽；在所述芯线固定结构上设有多个用于定位芯线（6）的芯线定位槽（502）；固定于所述容纳槽内的连接器的金属pin（801）的数量与所述芯线定位槽（502）的数量相同。7.如权利要求6所述的透光式焊接装置，其特征在于，固定于所述容纳槽内的连接器的相邻金属pin（801）之间的间距与相邻芯线定位槽（502）之间的间距相同。8.如权利要求7所述的透光式焊接装置，其特征在于，固定于所述容纳槽内的连接器的金属pin（801）的位置与定位于所述芯线定位槽（502）内的芯线（6）的位置相对应。9.如权利要求6所述的透光式焊接装置，其特征在于，在所述底板（501）的侧面设有进气管（504），在所述底板（501）上设有多个气孔（505），所述气孔（505）位于相邻金属pin（801）之间；所述进气管（504）穿过底板（501）内部与所述气孔（505）连通。10.一种利用权利要求1-9任一所述的透光式焊接装置进行微间距金属pin与芯线焊接的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：固定连接器和芯线，使芯线位于连接器的金属pin上，确定金属pin和芯线上焊点的位置、形状大小以及相邻焊点之间的间距；步骤2：根据所述步骤1焊点的位置、形状大小和相邻焊点之间的间距选择对应的透光组件；步骤3：安装透光组件，透光组件上的透光孔与所述焊点一一对应，使穿过透光孔的激光束正好投射在焊点上；步骤4：设置焊接工艺参数，执行机构控制激光头移至透光孔实现连接器金属pin与芯线的焊接。

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