具有无接触式焊线位移检测的焊接头及相关设备和方法与流程

1.本技术涉及超声焊接技术领域，更具体地，涉及一种具有无接触式焊线位移检测的焊接头、焊接设备及焊线位移检测方法。


背景技术：

2.在焊接领域，焊接设备常采用焊线进行焊接，比如采用铝丝进行焊接。焊接过程中进行焊线放线时，需要对焊线的位移进行检测，现有的焊线位移检测主要采用接触式的焊线位移检测结构，这种结构存在放线阻力，造成虚焊、线弧不稳定，刮线等问题，同时由于焊线较软，焊线放线过程中容易发生弯折，从而导致焊线位移检测结构的检测精度存在较大的误差；且接触式检测机构中接触部件易磨损，需要定期更换，导致设备维护成本高。如何提高焊线位移检测精度并降低设备维护成本是本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种具有无接触式焊线位移检测的焊接头，解决现有技术中存在的检测存在较大的误差导致检测精度低、设备容易磨损导致维护成本高的技术问题。在此基础上还提供一种焊接设备及焊线位移检测方法。
4.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种具有无接触式焊线位移检测的焊接头，采用了如下所述的技术方案：
5.一种具有无接触式焊线位移检测的焊接头，包括：固定环、焊接组件、焊线线夹组件和焊线位移检测组件；
6.所述焊接组件固定于所述固定环；
7.所述焊线线夹组件包括线夹固定臂、活动臂、线夹夹爪和导线槽；所述线夹固定臂固定于所述固定环，所述活动臂连接于所述线夹固定臂，所述线夹固定臂和所述活动臂的末端各设置有一个所述线夹夹爪，所述线夹夹爪与所述导线槽卡接；
8.所述焊线位移检测组件包括导丝固定座、过丝玻璃管、光学透镜组件、光源和光学感应器，所述导丝固定座固定于所述线夹固定臂，所述过丝玻璃管穿过所述导丝固定座设置，所述光源和所述光学感应器设置在一电路板上，所述电路板、所述光学透镜组件、所述导丝固定座依次连接；
9.焊线依次穿过所述过丝玻璃管、所述导丝固定座和所述导线槽设置，所述焊线位移检测组件对位于所述导丝固定座中的焊线段进行无接触式位移检测。
10.进一步地，所述光学透镜组件包括镜架和设置于所述镜架中的第一透镜和第二透镜；
11.所述镜架一侧嵌于所述导丝固定座中，另一侧嵌于所述电路板中，所述光源正对所述第一透镜，所述第二透镜正对所述光学感应器，经过所述第一透镜的光线投射于所述导丝固定座中的焊线，经所述导丝固定座中的焊线反射的光线经所述第二透镜被所述光学感应器接收。
12.进一步地，所述光学感应器包括cmos感光器和数字信号处理器，所述光源的光线通过所述第一透镜投射在所述过丝玻璃管出口下端的的焊线上，所述焊线的反射光线通过所述第二透镜投射在所述cmos感光器上，实现对焊线的连续图像帧采集，所述数字信号处理器对相邻的图像帧进行比对实现焊线位移的检测。
13.进一步地，所述电路板上还设置有连接外部设备的输出端子，所述输出端子位于所述电路板上远离所述光学透镜组件的一侧。
14.进一步地，所述焊接组件包括换能器、焊接钢嘴和换能器座，所述换能器通过所述换能器座固定于所述固定环，所述过丝玻璃管和所述焊接钢嘴均穿过所述换能器设置，穿过所述导线槽的焊线的前端正对所述焊接钢嘴的焊接位置。
15.进一步地，所述导丝固定座包括一平行于所述焊接钢嘴的通孔，以及一垂直于所述通孔并与所述通孔连通的沉孔，所述过丝玻璃管部分地嵌于所述通孔中，所述第二透镜正对所述沉孔。
16.进一步地，所述活动臂通过线夹弹片连接于所述线夹固定臂。
17.为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种焊接设备，采用了如下所述的技术方案：
18.一种焊接设备，包括如上所述的具有无接触式焊线位移检测的焊接头。
19.为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种焊线位移检测方法，采用了如下所述的技术方案：
20.一种焊线位移检测方法，应用于上述的具有无接触式焊线位移检测的焊接头或者焊接设备，所述方法包括：
21.使焊线根据预设的焊线运动速度沿所述过丝玻璃管、所述导丝固定座和所述导线槽连成的运动路径向焊接位置移动；
22.将所述光源通过所述光学透镜组件投射在所述过丝玻璃管出口下端的焊线上，并使焊线反射光线穿过所述光学透镜组件被所述光学感应器采集，通过所述光学感应器对焊线实现连续图像帧采集，并对采集的连续图像帧进行除噪和分析得到焊线位移信息，输出焊线位移信息至外部计算机设备，以使所述计算机设备根据所述焊线位移信息生成焊线运动速度的控制信息。
23.进一步地，所述将所述光源通过所述光学透镜组件投射在所述过丝玻璃管出口下端的焊线上，并使焊线反射光线穿过所述光学透镜组件被所述光学感应器采集，通过所述光学感应器对焊线实现连续图像帧采集，并对采集的连续图像帧进行除噪和分析得到焊线位移信息具体为：
24.将所述光源通过所述光学透镜组件中的第一透镜投射在所述过丝玻璃管出口下端的焊线上，并使焊线反射光线穿过所述光学透镜组件中的第二透镜被所述光学感应器中的cmos感光器采集，通过所述光学感应器中的数字信号处理器对焊线实现连续图像帧采集，同通过所述数字信号处理器对采集的连续图像帧进行除噪和分析得到焊线位移信息。一种焊线位移检测方法，包括：
25.启动焊接设备，使焊线根据焊接速度沿所述过丝玻璃管、所述导丝固定座和所述导线槽形成的运动路径向焊接位置移动；
26.通过所述焊线位移检测组件对位于所述导丝固定座处的焊线进行位移检测，并根
据检测数据得到焊线位移数据，将所述焊线位移数据发送至已连接的计算机设备，以使所述计算机设备根据所述焊线位移数据生成焊线位移的控制信息。
27.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
28.本技术提供的技术方案通过焊线位移检测组件对焊接位置近端的焊线进行无接触位移检测，配合过丝玻璃管降低了焊线运动阻力，减少了焊线弯折产生的误差，提升了焊线实时位移检测的准确性和可靠性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
30.图1是本技术实施例提供的焊接头的结构示意图；
31.图2是图1所示焊接头的焊线位移检测组件爆炸后在一个角度上的示意图；
32.图3是图1所示焊接头的焊线位移检测组件爆炸后在另一个角度上的示意图；
33.图4是图3中a的放大示意图；
34.图5是图1所示焊接头去除部分零件后的示意图；
35.图6是图5另一角度的示意图；
36.图7是本技术实施例提供的焊线位移检测方法的流程图。
37.附图说明：
38.a-焊线；10-固定环；20-焊线组件；21-换能器；22-焊接钢嘴；23-换能器座；30-焊线线夹组件；31-线夹固定臂；32-活动臂；33a-第一夹爪；33b-第二夹爪；34-导线槽；35-线夹弹片；40-焊线位移检测组件；41-导丝固定座；41a-通孔；41b-沉孔；42-过丝玻璃管；43-光学透镜组件；43a-镜架；43b-第一透镜；43c-第二透镜；44-光源；45-光学感应器；46-电路板；47-输出端子；
具体实施方式
39.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
40.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
42.如图1所示，本技术实施例提供一种焊接头，所述焊接头包括：固定环10、焊接组件
20、焊线线夹组件30和焊线位移检测组件40；固定环10用于直接或间接固定焊接组件20、焊线线夹组件30和焊线位移检测组件40。
43.在本实施例中，如图2和图3所示，所述焊接组件20固定于所述固定环10；所述焊接组件20包括换能器21、焊接钢嘴22和换能器座23，所述换能器21通过所述换能器座23固定于所述固定环10，所述焊接钢嘴22穿过所述换能器21设置，穿过所述导线槽34的焊线a的前端正对所述焊接钢嘴22的焊接位置。所述换能器21的作用是进行能量转换，比如将超声波能量转换为热能，所述焊接钢嘴22则是传递所述换能器21转换而来的能量，以对对待焊接产品进行焊接操作。
44.在本实施例中，如图2至图6所示，所述焊线线夹组件30包括线夹固定臂31、活动臂32、线夹夹爪(第一夹爪33a和第二夹爪33b)和导线槽34；所述线夹固定臂31固定于所述固定环10，所述活动臂32连接于所述固定臂，所述线夹固定臂和所述活动臂的末端各设置有一个所述线夹夹爪，具体所述焊线线夹组件30连接有第一夹爪33a，所述活动臂32连接有第二夹爪33b，所述第一夹爪33a和第二夹爪33b与所述导线槽34卡接。
45.在一些实施例中，所述活动臂32通过所述线夹弹片35连接于所述线夹固定臂31，通过线夹弹片35的弹性实现活动臂32弹性活动，第一夹爪33a和所述第二夹爪33b同时插入导线槽34时，线夹弹片35发生弹性形变，使第一夹爪33a和所述第二夹爪33b存在相互远离的趋势，从而能够卡接在导线槽34中。
46.在进一步的实施例中，参阅图5和图6，所述导线槽34还包括一卡扣部，所述第一夹爪33a和第二夹爪33b插入所述导线槽34的槽口后，所述第一夹爪33a与所述卡扣部咬合进一步实现卡接。
47.在本实施例中，所述焊线位移检测组件40固定于所述线夹固定臂31，具体固定方式可采用螺丝固定，所述焊线位移检测组件40可无接触地实时对焊线a进行位移检测，具体检测过程后文结合焊线位移检测组件40的具体结构来详细展开说明。在一些实施例中，重新参阅图2至图6，所述焊线位移检测组件40包括导丝固定座41、过丝玻璃管42、光学透镜组件43、光源44和光学感应器45；所述导丝固定座41固定于所述线夹固定臂31，所述过丝玻璃管42穿过所述导丝固定座41设置，所述光源44和所述光学感应器45设置在一电路板46上，所述电路板46、所述光学透镜组件43、所述导丝固定座41依次连接。在本实施例中，焊线依次穿过所述过丝玻璃管42、所述导丝固定座41和所述导线槽34设置，所述焊线位移检测组件无接触地实时对位于所述导丝固定座41中的焊线段进行实时位移检测。
48.在一些实施例中，所述光学透镜组件43设置于所述导丝固定座41和所述检测电路板之间。具体的，如图2和3所示，所述光学透镜组件43包括镜架43a和设置于所述镜架43a中的第一透镜43b和第二透镜43c，所述镜架43a一侧嵌于所述导丝固定座41中，另一侧嵌于所述电路板46中，所述光源44正对所述第一透镜43b，所述第二透镜43c正对所述光学感应器45，光源44发出的光线经过所述第一透镜43b的投射于所述导丝固定座41中的焊线a，该焊线a被照亮的部分处于所述过丝玻璃管出口下端处且位于所述导丝固定座41中，经所述导丝固定座41中的焊线a反射的光线经所述第二透镜43c被所述光学感应器45接收采集。在具体实施例中，所述第一透镜43b和所述第二透镜43c可分别为棱光镜和圆形透镜，其中，光源44发出的光线穿过棱光镜投射至焊线a表面，从而照亮焊线a，而圆形透镜则相当于一台摄像机的镜头，这个镜头负责将已经被照亮的焊线a表面图像传送至光学感应器45底部的小
孔中，实现图像帧数据的采集。
49.在一些实施例中，如图5和图6所示，所述过丝玻璃管42平行于所述焊接钢嘴22并穿过所述换能器21设置，这样设置可以使的焊接头的结构更加紧凑，也有利于焊线的送线过程避免发生焊线弯折。
50.在一些实施例中，如图2至图6所示，所述导丝固定座41包括一平行于所述焊接钢嘴的通孔41a，以及一垂直于所述通孔41a并与所述通孔41a连通的沉孔41b，此处所指垂直是指所述通孔41a和所述沉孔41b的轴线垂直，所述过丝玻璃管42的前端部分地嵌于所述通孔41a中，由此实现对过丝玻璃管42和焊线的安装及位置固定，通过图3中a的放大示意图图4可知所述过丝玻璃管42的前端直径较大，并与所述通孔41a的直径匹配，同时焊线a的直径小于所述过丝玻璃管42和所述通孔41a的直径，使得焊线a能够无阻力稳定地运动，避免发生刮线的情况，减少虚焊和线弧不稳定的情况发生，所述第二透镜正对所述沉孔41b，通过所述沉孔41b可观测到从所述过丝玻璃管42中穿出的焊线a。所述过丝玻璃管42、所述导丝固定座41和所述导线槽34形成焊线a的运动路径，结合图4至图6，焊线a的前端依次经过所述过丝玻璃管42、所述导丝固定座41和所述导线槽34，从所述导线槽34穿出后到达焊接位置。在一些实施例中，所述导丝固定座41可设置成凹陷结构(如图3所示)，所述光学透镜组件43嵌入该凹陷结构中(图1所示)，再通过螺丝将电路板46和所述导丝固定座41连接，实现焊线位移检测组件40的固定。
51.在进一步的实施例中，所述检测电路板46还包括一连接外部设备的输出端子47，所述输出端子47位于所述电路板46上远离所述光学透镜组件43的一侧。所述输出端子47可外接计算机设备，可通过所述输出端子47将所述光学感应器45采集到的数据传输至计算机设备进行处理，得到当前焊线a的位移。
52.本技术上述实施例所述的焊线a具体可以是铝丝或者其它可用于焊接的线材。上述实施例所述的焊接头可应用于各类焊接设备或焊接相关的结构，比如半导体封装设备、超声波焊线、放线机构、功率器件焊接头等，对焊接用线材位移进行实时检测及控制，如果检测到焊线位移过快，则降低焊线放线速度，反之则提高焊线放线速度，从而可提高焊接质量。
53.在本实施例中，所述光学感应器45包括cmos感光器和数字信号处理器，所述光源44的光线通过所述第一透镜43b投射在所述过丝玻璃管42中的焊线上，所述焊线的反射光线通过所述第二透镜43c投射在所述cmos感光器上，实现对焊线的连续图像帧采集，所述数字信号处理器对相邻的图像帧进行比对实现焊线位移的检测。下面结合图1至图6对本技术提供的焊接头的焊线位移检测原理进行说明。具体的，“cmos感光器”和“数字信号处理器(dsp)”这两个部分是图像采集的关键结构，cmos感光器是一个由数百个光电器件组成的矩阵，恰似一部相机，用来拍摄焊线a物理位移的画面，具体光学感应器45将通过所述第二透镜43c接收到的光信号进行放大并投射到cmos矩阵上形成帧，然后再将成帧的图像由光信号转换为电信号，再将电信号传输至dsp进行处理，dsp对相邻帧之间的差别进行除噪和分析后，将得出焊线位移信息，再通过接口电路的输出端子47传输给外部计算机设备，外部计算机设备可据此生成对焊线a运动速度的控制信息，从而可实时的检测焊线位移并进行控制。
54.本技术提供的焊接头结构通过焊线位移检测组件40对焊接位置近端进行无接触
位移检测，配合过丝玻璃管42降低了焊线a运动阻力，减少了铝丝弯折产生的误差，提升了焊线位移检测准确性和可靠性。
55.本技术实施例还提供一种焊接设备，包括如上所述的具有无接触式焊线位移检测的焊接头，所述焊接设备利用超声焊接。本技术提出的焊接设备通过焊线位移检测组件40在焊接位置近端进行无接触位移检测，配合过丝玻璃管42降低了焊线a运动阻力，减少了铝丝弯折产生的误差，同时提升了焊线实时位移检测的准确性和可靠性。
56.本技术实施例还提供一种焊线位移检测方法，如图7所示，所述方法包括：
57.s101、使焊线根据预设的焊线运动速度沿所述过丝玻璃管、所述导丝固定座和所述导线槽连成的运动路径向焊接位置移动；
58.s102、将所述光源通过所述光学透镜组件投射在所述过丝玻璃管出口下端的焊线上，并使焊线反射光线穿过所述光学透镜组件被所述光学感应器采集，通过所述光学感应器对焊线实现连续图像帧采集，并对采集的连续图像帧进行除噪和分析得到焊线位移信息，输出焊线位移信息至位移检测外部计算机设备，以使所述计算机设备根据所述焊线位移信息生成焊线运动速度的控制信息。
59.结合图1至图6提供的焊接头对上述步骤进行说明，步骤s102具体为：将所述光源44通过所述光学透镜组件43中的第一透镜43b投射在所述过丝玻璃管出口下端的焊线上，并使焊线反射光线穿过所述光学透镜组件43中的第二透镜43c被所述光学感应器中的cmos感光器采集，通过所述光学感应器中的数字信号处理器对焊线实现连续图像帧采集，同通过所述数字信号处理器对采集的连续图像帧进行除噪和分析得到焊线位移信息。具体的，“cmos感光器”和“数字信号处理器(dsp)”这两个部分是图像采集的关键结构，在执行通过所述焊线位移检测组件40对位于所述导丝固定座41处的焊线a进行位移检测，并根据检测数据得到焊线位移数据的步骤时，cmos感光器是一个由数百个光电器件组成的矩阵，恰似一部相机，用来拍摄焊线a物理位移的画面，具体光学感应器45将通过所述第二透镜43c接收到的光信号进行放大并投射到cmos矩阵上形成帧，然后再将成帧的图像由光信号转换为电信号，再将电信号传输至dsp进行处理，dsp对相邻帧之间的差别进行除噪和分析后，将得出焊线位移信息，再通过接口电路的输出端子47传输给外部计算机设备，外部计算机设备可据此生成对焊线a运动速度的控制信息，从而可实时的检测焊线位移并进行控制，如果检测到焊线位移过快，则降低焊线放线速度，反之则提高焊线放线速度，从而可提高焊接质量。
60.本实施例的方法的详细实现还可参考上述各产品实施例中的相关内容，本技术通过焊线位移检测组件40在焊接位置近端进行无接触位移检测，减少了铝丝弯折产生的误差，同时配合过丝玻璃管42降低了焊线a运动阻力，提升了焊线位移检测准确性和可靠性。
61.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。