焊接力校正方法及校正装置与流程

1.本发明涉及半导体封装设备技术领域，特别涉及一种焊接力校正方法及校正装置。


背景技术：

2.焊接力（也称邦定力）的校正指的是通过灌注不同的电流到焊接头（也称邦头）电机，标定电流命令和实际焊接力的关系，确定焊接力系数，形成焊接力的校正。目前，可利用外接力传感器，通过信号调理，用信号放大器放大力传感器信号，形成力的反馈读数，再进一步标定力的反馈和电机电流的关系，得到焊接力系数。
3.但是，力传感器只能提供有限的精度，而且力传感器本身有一定程度的不可靠性，比如说传感器安装位置，安装方法等，会直接引入测量系统的误差；另外，信号放大器还会二次引入噪声和测量误差（比如温漂零漂等），信号放大器的测量还会被焊线机机台本身的电磁噪声所影响。所以，通过力传感器进行焊接力校正的精度较低，需要通过外接的测量系统，对力传感器和信号放大器进行需要额外的日常校正。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足之处，本发明提供一种焊接力校正方法及校正装置，可以提高焊接力校正的精度。
5.本实施例采取了以下技术方案：一种焊接力校正方法，包括步骤：在焊接头的焊接力施加点安装校正治具；确定焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值；确定电机电流的变化值；根据电机电流的变化值与焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值，得出焊接头的焊接力系数。
6.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述在焊接头的焊接力施加点安装校正治具的步骤包括：将焊接工具从焊接头上的安装孔取下，并通过安装孔将校正治具安装于焊接头上。
7.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述确定焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值的步骤包括：沿预设旋转中心转动焊接头；确定焊接头转动时的角加速度；确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；确定预设旋转中心到焊接力施加点的力臂长度；根据第一预设公式，计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
8.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述第一预设公式为：其中，m为焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值，l1为焊接头旋转中心到焊接力施加点的力臂长度，w1为焊接头转动时的角加速度，f1为焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
9.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述确定焊接头转动时的角加速度的步骤包括：通过光栅编码器对焊接头转动时的角位移进行测量，进而获得焊接头的角加速度。
10.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述确定焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值的步骤包括：沿直线移动焊接头；确定焊接头移动时的加速度；确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；根据第二预设公式，计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
11.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述第二预设公式为：其中，m
k
为焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值，a1为焊接头移动时的加速度，f2为焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
12.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述确定焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值的步骤包括：匀速移动或转动焊接头，或者使焊接头保持静止；确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
13.进一步的，在所述焊接力校正方法中，所述校正治具安装于所述焊接头时，所述校正治具沿所述安装头的轴线对称分布。
14.一种应用以上任意一项所述焊接力校正方法的焊接力校正装置，其特征在于，包括焊接头、焊接工具和校正治具，所述焊接头包括安装孔，所述焊接工具或所述校正治具通过所述安装孔安装于所述焊接头上。
15.相较于现有技术，本发明提供的一种焊接力校正方法及校正装置，可以通过在焊接力施加点处安装定位治具，利用运动加速度的改变，精确地计算电机电流和焊接力的关系，达到焊接头焊接力系数校正的目的。同时无需外围装置，无需外部测量电路，也无需改动焊机头本体结构，杜绝了二次测量误差，降低了设备成本，并简化了用户的校正步骤。
附图说明
16.图1为本发明提供的焊接头的结构示意图。
17.图2为本发明提供的焊接力校正方法的流程图。
18.图3为图2中步骤s200实施例一的流程图。
19.图4为图1中焊接头的动力模型图。
20.图5为图1中焊接头安装校正治具后的结构示意图。
21.图6为图1中焊接头安装校正治具后的动力模型图。
22.图7为本发明提供的另一实施例的焊接头安装校正治具后的结构示意图。
23.图8为图2中步骤s200实施例二的流程图。
24.图9为图2中步骤s200实施例三的流程图。
25.其中，10、焊接头；11、电机；12、安装孔；13、运动部件；20、焊接工具；30、校正治具；40、旋转中心。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
27.请参阅图1，焊接力的校正指的是通过灌注不同的电流到焊接头10的电机11中，标定电机11的电流命令和焊接头10的实际焊接力的关系，确定焊接力系数。本发明提供一种焊接力校正方法，可以得到更准确的焊接力系数，以在焊接头10的后续焊接过程中，提高焊接质量。请参阅图2，本发明提供的焊接力校正方法首先包括步骤：s100、在焊接头的焊接力施加点安装校正治具；焊接头10上安装有焊接工具20，焊接工具20用于与工件接触并施加焊接作用力，焊接工具20安装在焊接头10的运动部件13上，并处于焊接力施加点处。焊接工具20一般通过安装孔12安装在焊接头10上，安装孔12所在的位置即为焊接力施加点的位置，因此，可以将焊接头10上的焊接工具20从焊接工具20安装孔12处取下，并替换为校正治具30，此时焊接头10在焊接力施加点处的惯量/质量会变换，并引起电机电流的变化，再通过反算惯量/质量的变化和电流变化的关系，即可推算出焊接力系数。
28.在一些实施例中，焊接工具20可为劈刀，运动部件13可为换能器，劈刀通过安装孔12安装在换能器的变幅杆上。换能器可由多个标准压电陶瓷元件制成，这些压电陶瓷元件由薄金属板分开，在高压下夹紧在一起。当交流电压施加至陶瓷元件时，产生相应的电场，这导致陶瓷元件的厚度变化，并引起压力波，通过劈刀传递并聚焦到工件上。
29.若将校正治具30直接安装在换能器变幅杆上，由于无法精准定位，会引起焊接头10惯量/质量变化的不确定性。通过利用原有的安装孔12，设计与其匹配的校正治具30，在校正过程中，将劈刀取下并更换为校正治具30，即可对校正治具30的位置进行准确定位，且校正治具30还是处于焊接头10的焊接力施加点上。同时，不用对焊接头10上相应机械部分作出修改，避免影响了焊接头10的整体设计的完整性。
30.请继续参阅图2，本发明提供的焊接力校正方法还包括步骤：s200、确定焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值；通过安装孔12安装校正治具30，可利用安装孔12本身的精确位置，准确地确定焊接头10在焊接力施加点的惯量/质量变化，避免计算结果的误差，保证了焊接力系数计算的准确性和简易性。
31.在一些实施例中，请参阅图3，确定施加压力的变化值的步骤s200具体包括：s210、沿预设旋转中心转动焊接头；旋转中心40可为转轴，当焊接头10通过转轴转动进行焊接时，请结合图4，通过建立转动时焊接头10的简化动力模型，在焊接头10带劈刀的情况下，列出焊接头10的转动惯量与角加速度的关系，如下式：（1）（2）在图4及以上的方程式中，s1为焊接头10在安装孔12处的运动轨迹，通过对s1进行二次微分可得焊接头10绕旋转中心40旋转的角加速度w1；f为焊接头10的焊接力；i为电机电流值；kt为电机11力常数；l1为焊接力的力臂长；l2为电机11作用力的力臂长；j1为带劈刀（不带校正治具30时）的转动惯量。
32.在方程式（1）中，由于焊机头装配的累计误差以及机加件的差异，转动惯量j1和电机11作用力的力臂长l2是无法得到准确值的。所以无法得到电机电流i和焊接力f的准确关系。
33.为了克服转动惯量j1和电机11作用力的力臂长l2的不准确性，通过步骤s100在安装孔12安装校正治具30后，请结合图5和图6，可建立安装校正治具30后焊接头10的简化动力模型，列出焊接头10的转动惯量与角加速度的关系，如下式：（3）（2）其中，f1为焊接头10安装校正治具30后的焊接力变化值，m为焊接头10安装校正治具30后带来的等效质量变化值，i
m
为电机11的电流变化值，j
m
为焊接头10安装校正治具30后带来的等效惯量变化值，并且：（4）结合两组动力方程（1）和（3），可得：（5）由于校正治具30安装在焊接力施加点，故有：（6）将（6）式代入（5）式，可得：（7）将（4）式代入（7）式，可得：
（8）可以看到，焊接力变化值f1与m、l1和w1三个数值相关，因此，请继续参阅图3，步骤s200还包括：s220、确定焊接头转动时的角加速度；s230、确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；s240、确定预设旋转中心到焊接力施加点的力臂长度；s250、根据第一预设公式，计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
34.在步骤s220中，由于焊线机等设备的焊接头10可自带高精度的光栅编码器，因此可通过光栅编码器对焊接头10转动时的角位移进行测量，进而获得焊接头10转动时准确的角加速度。
35.在步骤s230中，由于m与定位治具及劈刀的质量相关，因此通过预先确定劈刀及定位治具的质量，即可在实际校正过程中直接获取m的值。
36.在步骤s240中，l1与旋转中心40到安装孔12的位置有关，由于旋转中心40和安装孔12的位置也是预先确定好的，因此在实际校正过程中可直接获取l1的值。
37.分别获得m、l1和w1的对应数值后，即可代入第一预设公式，即上述推导得到的（8）式，准确地计算焊接头10在劈刀安装孔12处施加压力的变化值。
38.本发明还可以通过其它方式测量焊接力的变化值，在另一些实施例中，如图7和图8所示，步骤s200包括：s211、沿直线移动焊接头；当焊接头10通过滑动方式进行焊接时，也可通过在焊接头10作用力的施加点处安装校正治具30，然后施加运动，通过加速度的改变，来达到力校准的目的。在焊接头10带劈刀的情况下，可得下式：（9）（10）其中，s2为焊接头10在安装孔12处的运动轨迹，通过对s1进行二次微分可得焊接头10移动时的加速度a1；f2为焊接头10的焊接力的变化值；i为电机电流值；kt为电机力常数。
39.焊接头10安装定位治具后，可得：（11）结合方程式（9）和（11），可得焊接头10的焊接力的变化值为：（12）其中，i
k
为电流变化值，m
k
为焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值。可以看到，焊接力变化值f2与m
k
和a1两个数值相关，因此，请继续参阅图8，步骤s200还包括：s221、确定焊接头移动时的加速度；s231、确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；
s241、根据第二预设公式，计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
40.在步骤s221中，同样可通过编码器获取焊接头10移动时准确的加速度。
41.在步骤s231中，由于m
k
与定位治具及劈刀的质量相关，因此通过预先确定劈刀及定位治具的质量，即可在实际校正过程中直接获取m
k
的值。
42.分别获得m
k
和a1的对应数值后，即可代入第二预设公式，即上述推导得到的（12）式，准确地计算焊接头10在焊接力施加点施加压力的变化值。
43.本发明还可以通过其它方式测量焊接力的变化值，在另一些实施例中，如图9所示，步骤s200包括：s212、匀速移动或转动焊接头，或者使焊接头保持静止；s222、确定焊接头在焊接力施加点的相对质量变化值；s232、计算焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值。
44.在焊接头10的校正过程中，有加速度的运动不是必须的，静止状态下或者匀速运动都可以获取焊接头10的焊接力变化。此时，为其它实施例中加速度等于0的特例，由于受力平衡，因此焊接头10在焊接力施加点的相对质量变化值即为焊接头10的焊接力变化值。
45.当获得焊接头10在焊接力施加点施加压力的变化值后，请继续参阅图1，本发明提供的焊接力校正方法还包括步骤：s300、确定电机电流的变化值；在安装了治具后，在一定加速度下运行邦头，相对于不带治具的情况下，可以得到增加的电机电流i
m
。在测量i
m
已知的情况下，可以执行步骤：s400、根据电机电流的变化值与焊接头在焊接力施加点施加压力的变化值，得出焊接头的焊接力系数。
46.电机电流的变化值即为焊接头10安装定位治具后，在一定加速度下运行焊接头10，相对于未安装定位治具的情况下，电机电流的变化值，以焊接头10转动过程为例，电机电流的变化值为i
m
，此时焊接力系数为k=f1/i
m
。至此，焊接力校正完成，校正过程不需要知道整个机械运动部件13精确的转动惯量，也不需要精确的电机11的作用力以转轴中心为参考的准确力臂长。
47.利用在焊接头10上安装孔12来安装定位治具，可以达到无需外围装置，无需外部测量电路，无需改动焊机头本体结构，利用运动加速度的改变，精确地计算电机电流和力的关系，即可达到焊接头10的焊接力系数校正的目的。同时，采用上述焊接力校正方法，杜绝了二次测量误差，降低了设备成本，提高了测量的精度和可靠性，并简化了用户的操作步骤。
48.此外，请继续参阅图1和图5，本发明还公开了一种应用上述焊接力校正方法的焊接力校正装置，包括焊接头10、焊接工具20和校正治具30，焊接头10包括安装孔12，所述焊接工具20或所述校正治具30通过所述安装孔12安装于所述焊接头10上。
49.校正治具30可以是任何能安装在焊线机焊接工具20安装孔12处的具有不同几何外形，具有一定重量的治具。可以是焊线机现有的治具（比如机械调平治具），或者是不具有机械调平功能，但是具有一定质量的治具。该治具可以引起焊接头10加速度的改变（同样的电机11的电流下），或者需要更大的电机电流（同样的焊接头10的加速度下）。
50.在一些实施例中，校正治具30包括与焊接工具20安装孔12形状匹配的安装头，通
过将安装头插入安装孔12，实现校正治具30的安装。
51.在一些实施例中，校正治具30安装在安装孔12后，校正治具30沿安装孔12的轴线对称分布，以使校正治具30准确的处于焊接头10的焊接力施加点上，避免产生误差。
52.可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。