本申请属于电路焊接领域，具体涉及能控制温度并在焊接过程实现网络化管理的智能型电烙铁和用其控制焊接操作的方法。
背景技术：
在实际电器设备生产过程中，虽然目前大量使用自动化焊接工艺，但是仍然在一些特殊岗位仍然存在手工焊接的情况，比如自动化焊接后进行的临时补料；对板卡的售前及售后维修；由于电器元件个体特殊性不能采用自动化焊接工艺，而只能采用电烙铁进行手工焊接。
在上述这些情况下，由于人员操作熟练程度的问题，会出现由于焊接点加热时间短造成虚焊问题；由于焊接点加热时间过长造成焊点及元器件焊脚损坏；由于人员焊接时下压烙铁头用力过大造成烙铁头及焊点损坏；由于操作人员忘记关闭烙铁头造成电烙铁头长时间过热致使浪费电能和设备损坏甚至出现火灾的情况；由于没有对使用烙铁情况进行监控及记录造成焊接质量出现较大的波动。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种智能电烙铁设备，以解决使用现有技术电烙铁设备时由于上述各种问题而造成的焊接质量波动，通过网络对焊接数据进行实时监测和统计，实现尽快修正焊接条件，避免造成质量问题。同时通过焊接数据的收集，可以直观地掌握焊接生产线的工作情况，使焊接生产线管理者做到对生产线“可知，可控”。
为了解决上述问题，本发明提供一种智能电烙铁设备和用该智能电烙铁设备控制焊接操作的方法。
所述智能电烙铁设备包括电烙铁单元和电烙铁智能控制单元。所述电烙铁单元检测电烙铁头的温度信号、操作所述电烙铁单元时的握持信号、焊接时被操作电路板或元器件焊脚处的压力信号和压力保持时间，并将检测到的信号传输给所述电烙铁智能控制单元。根据所述被操作电路板或元器件的焊接要求，所述电烙铁智能控制单元预先设定焊接时所需参数的范围，所述参数包括电烙铁头温度、被操作电路板或元器件焊脚处的压力以及压力保持时间。在焊接操作过程中，所述电烙铁智能控制单元接收所述电烙铁单元实时传输的信号，控制所述电烙铁头的加热温度，并通过设置在所述电烙铁单元上的警示元件在检测到超出参数范围以及长时间没有焊接操作时发出告警。
优选地，所述电烙铁单元包括电烙铁头组件和安装到所述电烙铁头组件的手柄组件，其中，检测所述电烙铁头的温度信号的热电偶安装在所述电烙铁头组件中，用于感测焊接时的压力信号的压力传感器以及感知操作所述电烙铁单元时的握持信号的人体感应区均安装在所述手柄组件中，所述手柄组件中设置有手柄组件电路板，所述手柄组件电路板将检测到的包括所述温度信号、所述压力信号以及所述握持信号在内的信号传输至所述电烙铁智能控制单元。
优选地，所述电烙铁头组件包括电烙铁头、电烙铁头外壳、加热管套管、加热管、连接构件、热电偶。所述电烙铁头安装在所述加热管的一端，所述加热管的另一端通过所述连接构件固定于所述手柄组件的一端，所述热电偶设置在所述加热管内，用于测量所述电烙铁头的温度并将所测得的温度反馈给所述手柄组件电路板上的信号采集模块；所述加热管套管套置在所述加热管外侧，所述电烙铁头外壳沿所述加热管套管的外周而设置。
优选地，所述手柄组件包括手柄外壳、电烙铁头组件接口、所述压力传感器、所述手柄组件电路板、手柄防滑绝缘胶套、所述人体感应区和所述警示元件。所述电烙铁头组件接口位于所述手柄外壳的一端，所述电烙铁头组件的所述连接构件固定连接到所述电烙铁头组件接口。所述压力传感器设置在所述电烙铁头组件接口与所述手柄外壳之间，用于在焊接操作时检测被操作电路板或元器件焊脚处的压力以及该压力保持的时间，并将检测到的信息反馈给所述手柄组件电路板上的信号采集模块。所述手柄防滑绝缘胶套覆盖所述手柄外壳，所述人体感应区安装在所述防滑绝缘胶套上，用于在操作者对所述智能电烙铁设备进行操作时感知是否存在所述握持信号，并将感知到的所述握持信号传输给所述手柄组件电路板上的信号采集模块。
优选地，所述电烙铁智能控制单元包括电烙铁智能控制单元壳体、印制板和开关电源，所述印制板和所述开关电源位于所述电烙铁智能控制单元壳体的内部空间中。所述印制板包括控制模块、外部通信端口和加热电路，所述印制板通过所述外部通信端口连接着的线缆与所述电烙铁单元连接，其中所述控制模块通过通信/控制线缆与所述电烙铁单元中的所述信息采集模块和所述警示元件以能通信的方式连接，所述控制模块通过所述开关电源与所述加热电路电连接，所述加热电路通过所述线缆中的电力线缆与所述电烙铁单元中的加热管相连。所述印制板还通过所述外部通信端口连接到外部计算机，以便于将所述智能电烙铁设备工作时产生的各种信息数据传输至所述外部计算机。
优选地，所述电烙铁智能控制单元壳体设置有用于设定或调节焊接所需温度的温度设定元件、用于显示所述电烙铁头温度的温度显示元件以及用于支撑所述电烙铁单元并设置有红外传感器的电烙铁支架，所述温度设定元件、所述温度显示元件以及所述红外传感器与所述印制板中的所述控制模块相连，从而能将生成的各种信号传输给所述控制模块。
本发明所提供的智能电烙铁设备控制焊接操作的方法包括以下步骤：
i)用所述智能电烙铁设备的电烙铁智能控制单元设定焊接时所需的参数的范围，所述参数包括电烙铁头的温度、焊接时被操作电路板或元器件焊脚处的压力信号和压力保持时间；
ii)操作所述智能电烙铁设备，所述智能电烙铁设备的电烙铁单元检测所述电烙铁头的温度、操作所述智能电烙铁设备时的握持信号、焊接时被操作电路板或元器件焊脚处的压力信号和压力保持时间，并将所产生的信号数据传输给所述电烙铁智能控制单元；
iii)判定步骤ii)中所测得的信号数据是否达到或超出所设定的范围，并将所产生的信号数据传输给所述电烙铁智能控制单元；
iv)判定所述智能电烙铁设备的电烙铁单元是否处于使用状态，以及使用所述电烙铁单元进行焊接操作时被操作电路板或元器件焊脚处的压力信号以及压力保持时间是否在所设定的参数范围内，并将所产生的信号数据传输给所述电烙铁智能控制单元。
优选地，在所述步骤iv)中，在所述步骤ii)检测到温度达到所设定的温度的情况下，如果所述智能电烙铁设备中的红外传感器检测到所述电烙铁单元离开了电烙铁支架，且所述电烙铁单元的人体感应区检测到所述握持信号，则判定所述电烙铁单元处于使用状态，所述电烙铁单元中的压力传感器开始检测并反馈被操作电路板或元器件焊脚处的压力信号以及压力保持时间，并确定所述压力信号或所述压力保持时间是否超出设定的范围。
优选地，在所述步骤iv)中，在所述步骤ii)检测到温度达到所设定的温度的情况下，如果所述智能电烙铁设备中的红外传感器检测到预定时间后所述电烙铁单元仍位于电烙铁支架上，则判定所述电烙铁单元处于未使用状态，停止对所述电烙铁头进行加热，同时所述电烙铁单元发出告警。
优选地，在所述步骤iv)中，在所述步骤ii)检测到温度在所设定范围内的情况下，如果所述智能电烙铁设备中的红外传感器检测到所述电烙铁单元离开了电烙铁支架，而所述人体感应区未感知到所述握持信号，则判定所述电烙铁单元处于未受控的状态，所述智能电烙铁设备中的警示元件发出告警。
本发明所提供的智能电烙铁设备能够很好地控制焊接时间，从而能够避免焊接点加热时间过长造成焊点过热损坏。此外，还能有效地控制焊接压力，从而解决了焊接操作时由于下压烙铁头用力过大造成电烙铁头及被操作电路板或元器件焊点的损坏。
本发明的智能电烙铁设备设置有警示元件，可以根据智能电烙铁设备所处的不同状态而发出相应的告警，使得当智能电烙铁设备处于不当使用时操作人员能及时注意到，从而减少电能浪费、电烙铁设备损耗甚至避免事故发生。
本发明的智能电烙铁设备中的电烙铁智能控制单元可以对操作人员人员技能、人员效率、人员作业习惯等相关数据进行统计，可以实现在线巡检。此外，本发明的智能电烙铁设备可以与外部计算机通信连接，利用网络能够实时监控各焊接工位上电烙铁设备的使用情况并记录焊接过程中出现的问题，对于焊接质量的提升具有很大帮助，同时能够掌握关于焊接生产线焊接质量波动的第一手数据，从而方便后期数据分析、总结。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的智能电烙铁设备的示意立体图；
图2是图1的智能电烙铁设备中的电烙铁装置的剖视示意图；
图3a是示意性示出从一个角度看时，图1的智能电烙铁设备中的智能控制装置的图；
图3b是示意性地示出从面对着电烙铁支架的角度看时，图1的智能电烙铁设备中的智能控制装置的图；
图4是图1的智能电烙铁设备所处的网络组态的示意图；
图5是利用图1的智能电烙铁设备进行焊接操作时的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明一种智能电烙铁的具体实施方式作进一步的详细描述。附图和具体实施例仅用于说明本发明，并不用来限制本发明和权利要求的范围。
图1示出了本发明的智能电烙铁设备的一个实施方式的立体图。如图1和图2所示，智能电烙铁设备包括电烙铁单元1、电烙铁智能控制单元2。
电烙铁单元1包括电烙铁头组件和手柄组件9。电烙铁头组件上设置有电烙铁头3、加热管6、连接构件7、热电偶8。电烙铁头3可以是可更换的电烙铁头，其安装在加热管6的一端。加热管6的另一端通过连接构件7固定于手柄组件9的一端。连接构件7可以是不锈钢套管连接器。热电偶8设置在加热管6内，用于测量电烙铁头3的温度并将所测得的温度反馈给手柄组件电路板13(见图2)上的信号采集模块(图中未示出)。加热管套管5套置在加热管6外侧，加热管套管5的外周设置电烙铁头外壳4。
手柄组件9包括手柄外壳10、电烙铁头组件接口11、压力传感器12、手柄组件电路板13、手柄防滑绝缘胶套、人体感应区15和警示元件16。
电烙铁头组件接口11位于手柄外壳10的一端，电烙铁头组件的连接构件7固定连接到电烙铁头组件接口11。其中，连接方式包括但不限于卡接、螺接等。
压力传感器12设置在电烙铁头组件接口11与手柄外壳10之间，压力传感器12将检测到的压力信号传输至手柄组件电路板13上的信号采集模块。当操作者握持着智能电烙铁设备的手柄组件9进行焊接操作时，压力传感器12检测被操作电路板或元器件焊脚处的压力以及该压力持续的时间，并将该压力和时间的信息传输给手柄组件电路板13上的信号采集模块。
手柄防滑绝缘胶套14覆盖手柄外壳10，人体感应区15安装在防滑绝缘胶套14上。当焊接人员握持着手柄组件9时，人体感应区15能感知到握持操作并将感知到的握持信号传输至手柄组件电路板13上的信号采集模块。为了使人体感应区15能够感知到握持操作，本发明实施例采用在人体感应区15安装压力传感器的方式来实现。
警示元件16位于手柄外壳10上远离电烙铁头组件的一端，警示元件16可以根据智能电烙铁设备所处的不同状态而发出不同的提示信号，可以是能发出不同颜色灯光或闪烁频率的告警灯，也可以是能发出声音提示的警示元件。
手柄组件电路板13上的信号采集模块将检测到的电烙铁头3的温度信号、焊接时被操作电路板或元器件焊脚处的压力以及该压力持续的时间信号、人体感应区15感知的握持信号传输至电烙铁智能控制单元2。
图3a是示意性示出从一个角度看时，图1的智能电烙铁设备中的智能控制装置的图。电烙铁智能控制单元2由电烙铁智能控制单元壳体17、电烙铁智能组件印制板18、开关电源19组成。电烙铁智能控制单元壳体17大体上呈箱子的形状，电烙铁智能控制单元印制板18与开关电源19设置在电烙铁智能控制单元壳体17的内部空间中。
图3b是示意性地示出从面对着电烙铁支架的角度看时，图1的智能电烙铁设备中的智能控制装置的图。电烙铁智能控制单元壳体17包括主壳体20、电烙铁支架21、温度设定元件22、温度显示元件23。
电烙铁支架21固定安装在主壳体20的一个外侧壁上，用于放置电烙铁单元1。电烙铁支架21上布置有用于感知电烙铁单元1是否放置在电烙铁支架21上的红外传感器25。温度设定元件22和温度显示元件23设置在主壳体20的另一外侧壁上。温度设定元件22、显示元件23、红外传感器25、开关电源19均与印制板18中的控制模块相连。
用电烙铁单元1进行焊接操作之前，通过温度设定元件22来设定或调节至所需的焊接温度，温度显示元件23可以显示当前电烙铁单元1的温度。
印制板18包括控制模块、外部通信端口26和加热电路。外部通信端口26连接着可以是例如多芯电缆的电缆27，印制板18通过该电缆27穿过电烙铁智能控制单元壳体17与电烙铁单元1连接。具体而言，印制板18上的控制模块通过通信/控制线缆与电烙铁单元1中的信号采集模块、警示元件16相连；印制板18上的控制模块通过开关电源19与加热电路电连接，该加热电路又通过电缆27中的电力线缆与电烙铁单元1中的加热管6相连。
印制板18还可通过外部通信端口26将智能电烙铁设备工作时产生的各种信息数据实时地经由网络传输至上层管理机(例如，智能电烙铁设备外部的计算机)，以便于对各种信息数据进行监测和/或多维度的分析。图4示出了本发明一个具体实施方式的网络组态示意图。
开关电源19将输入的交流220v电源转变为低压直流电源，供电烙铁智能控制单元2和电烙铁单元1中的各元件使用。
为了对使用智能电烙铁设备的人员进行便捷的记录和管理，可以在电烙铁智能控制单元壳体17设置人员id识别装置。该人员id识别装置可以是基于rfid技术电路置于主壳体20上的装置，其能将操作者所提供的id卡上的身份信息进行识别、读取并通过印制板18上传至上层管理机。
另外，还可以在电烙铁智能控制单元壳体17设置扫码枪扩展接口，用于接入扫码枪以便于对焊接对象上的编码进行时间、型号等信息的录入，并通过印制板18将所录入的信息上传至上位管理机。
下面参照图5和上述关于智能电烙铁设备具体实施方式的说明，对使用智能电烙铁设备控制焊接操作的方法的一个具体实施方式进行详细说明。图5是示出控制焊接操作的方法的流程图。
首先，操作者打开电烙铁智能控制单元2上的开关电源19，印制板18上的cpu初始化后开始工作，并通过外部通信端口26向上层管理机上送待机信息。
然后，根据焊接操作的要求通过温度设定元件22设定所需的温度。印制板18的加热电路开始通过电缆27控制手柄组件9对加热管件6进行加热，进而加热电烙铁头3，同时热电偶8对电烙铁头3的温度进行测量并将测得的温度通过手柄组件9的手柄组件电路板13传输至电烙铁智能控制单元2。电烙铁智能控制单元2根据所接收到的温度信息判断是否继续加热，同时将温度参数传输至上位管理机。所测得的温度数值可以在温度显示元件23上显示，电烙铁头3的温度达到设定的温度之后将在焊接过程中维持温度恒定。
当电烙铁头3的温度达到设定的温度后，警示元件16发出提示。此时，电烙铁单元1处于可使用的状态。如果一段时间之后电烙铁单元1仍放置在电烙铁支架21上，即电烙铁支架21上的红外传感器25没有检测到电烙铁单元1被取出，则停止加热，使用警示元件16发出提示，直到红外传感器26检测到电烙铁单元1从电烙铁支架21取下并再次插入到电烙铁支架21，警示元件16终止提示。然后继续对电烙铁头3加热直至达到设定的温度。
当电烙铁头3的温度达到设定温度，警示元件16发出第一提示，此时操作者可从电烙铁支架21上取下电烙铁单元1。当电烙铁支架21上的红外传感器25检测到电烙铁单元1被取下，并且人体感应区15感知到手柄组件9被握持着时，手柄组件9的压力传感器12开始工作，同时警示元件16停止提示。每一次操作者使用电烙铁单元1进行焊接操作时被操作电路板或元器件焊脚处的压力和该压力的持续时间被传输至上位管理机。如果焊接人员使用电烙铁单元1进行焊接操作时被操作电路板或元器件焊脚处的压力过大或者压力持续时间过长，警示元件16发出提示，同时上位管理机进行相应的操作记录。
当电烙铁单元1的人体感应区15在预定时间内没有感知到手柄组件9被握持的信号，且电烙铁支架21上的红外感应器25检测不到电烙铁单元1被放回到电烙铁支架21，而又能够检测到电烙铁单元1的通信报文时，电烙铁智能控制单元2将认为电烙铁单元1处于未受控的状态。为了避免由于电烙铁单元1放置不当而引发火灾，将立刻停止对电烙铁头3的加热，同时警示元件16发出，来提醒操作者立即对电烙铁单元1进行查看并正确处置。直到电烙铁单元1被放回到电烙铁支架21上并被红外感应器25感知后，才停止该提示。
通过本发明还具有网络计时功能，通过计时功能可以实现焊接时间点、焊接时长、工单焊接各时间点等信息的记录，方便上层信息管理系统对被操作电路板或元器件的流转进行跟踪。
以上所述仅为本发明的一种实施案例，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围之内。例如，虽然本说明书公开并示出的装置和方法可以包含具体数量的元件/部件或步骤，在不脱离本发明技术原理的前体下，可以对装置和方法进行修改以包括附加的或较少的元件/部件或步骤，这些包括附加的或较少的元件/部件或步骤的改进或变型也落入本发明的保护范围之内。
虽然结合说明书附图对本发明的具体实施方式做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施方式仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。