激光辅助焊接设备的制作方法

本发明涉及一种用于将焊料体特别是焊料球单独涂覆至工件的激光辅助焊接设备。

背景技术：

1、从us10 286 470 b2已知一种用于单独涂覆连接材料沉积物的装置。该装置包括涂覆装置和通过其涂覆连接材料沉积物的涂覆喷嘴。在涂覆装置中，形成有直接延伸通过下壳体部分的涂覆导管，并且激光通过该涂覆导管被施加至保持在涂覆喷嘴中的连接材料沉积物。进一步来说，在涂覆装置中，以倾斜的方式与涂覆导管分开地形成供应导管，连接材料沉积物通过该供应导管被输送至涂覆喷嘴。因此，以上装置包含难以在下壳体部分中形成供应导管以及连接材料沉积物的大小或直径受限于供应导管的直径的缺点。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并提供一种用于单独涂覆焊料体的改进的且灵活的激光辅助焊接设备。本发明的另一个目的是提供一种可以容易地制造并且可以灵活地适于多种涂覆的激光辅助焊接设备，诸如涂覆具有较大直径的焊料体。

2、根据本发明的一种用于将焊料体特别是焊料球单独涂覆至工件的激光辅助焊接设备包括：涂覆装置，其具有：激光导管，其沿着直线从涂覆装置的顶部处的激光入口延伸至涂覆装置底部处的激光出口；以及滴落导管，其从涂覆装置的顶部处的滴落入口延伸至涂覆装置的底部处的滴落出口。该设备进一步包括：输送装置，其被构造成将焊料体单独输送至滴落入口；以及涂覆喷嘴，其设置在涂覆装置的底部处，并被构造成暂时保持离开滴落出口的焊料体。

3、激光导管和滴落导管被形成以便在其从涂覆装置的顶部至底部的全长度上互连。在这方面，互连意味着激光导管和滴落导管不被侧壁或其他器件分开，并且两个导管被形成以便在激光辅助焊接设备中获得单个通道。滴落入口和激光入口形成公共入口开口，并且滴落出口和激光出口形成比公共入口开口更小的公共出口开口。换句话说，激光导管和滴落导管被形成使得其横截面沿着其从涂覆装置的顶部至底部的延伸部分彼此重叠，以在涂覆装置的顶部处形成公共入口开口且在底部处形成公共出口开口。也就是说，激光导管和滴落导管的横截面的重叠程度从涂覆装置的顶部处的部分重叠增加至底部处的完全重叠。进一步来说，涂覆喷嘴连接至公共出口开口。

4、根据本发明的一个方面，滴落入口和激光入口形成公共非圆形入口开口，并且滴落出口和激光出口形成公共圆形出口开口。因此，公共非圆形入口开口和公共圆形出口开口可以简单地通过直接钻孔激光导管，然后通过铣削滴落导管，例如通过使用球形切割器来形成，以便与激光导管互连。

5、因此，激光导管和滴落导管可以容易地形成在涂覆装置中。此外，焊料体的直径不限于滴落导管的直径，因为激光导管也可用于将焊料体运送至涂覆喷嘴。因此，通过使用根据本发明的激光辅助焊接设备，可以涂覆具有大直径的焊料体。

6、特别地，焊料体保持在直径小于焊料体直径的涂覆喷嘴的尖端处。为此原因，涂覆喷嘴从公共出口开口朝其尖端逐渐变小。当焊料体保持在尖端处并使涂覆喷嘴的开口闭合时，来自压力气体源(特别是来自惰性气体源)的压力气体(特别是惰性气体)被引入涂覆喷嘴中。之后，激光束被施加至焊料体，以便液化或熔化焊料体。当保持在涂覆喷嘴的尖端处的焊料体充分液化或熔化时，其被从涂覆喷嘴喷出朝向工件。

7、替代地，涂覆喷嘴24的开口可以实质上等于或略大于焊料体2的直径，使得焊料体2可以离开涂覆喷嘴24。然后，焊料体可以保持在涂覆喷嘴的尖端处，因为涂覆喷嘴与工件的距离小于焊料体的直径。因此，焊料体被保持在涂覆喷嘴与工件之间。之后，激光束被施加至焊料体，以便使其熔化或液化，使得在工件上获得焊点。然后将涂覆喷嘴移离工件。

8、根据本发明的一个方面，焊料体的直径可以在0.9μm与2mm之间。特别地，焊料体可以是实质上圆形的焊料球。在本说明书中，具有以上范围内直径的焊料体被称为大焊料体或具有大直径的焊料体。因此，激光辅助焊接设备可以用于需要大量焊料来形成牢固和耐用的焊料连接的涂覆。

9、根据本发明的一个方面，滴落导管可以沿着曲线从涂覆装置的顶部延伸至底部。因此，焊料体沿着曲线下落或滚动，使得焊料体从滴落入口被适当地运送至滴落出口/公共出口开口，并因此运送至涂覆喷嘴。

10、根据本发明的一个方面，滴落导管的横截面可以从涂覆装置的顶部至底部变窄。因此，焊料体可以通过输送装置容易地滴落至滴落入口中，并且被适当地运送至滴落出口/公共出口开口。

11、根据本发明的一个方面，该设备可以进一步以包括由上壳体部分和下壳体部分形成的壳体。具有激光导管和滴落导管的涂覆装置可以被整合在下壳体部分中，并且输送装置可以被放置在上壳体部分与下壳体部分之间。进一步来说，上壳体部分和下壳体部分可以通过围封输送装置的间隔件隔开。壳体的这种模块化构造允许快速更换输送装置和/或下壳体部分，使得根据本发明的设备可以容易地适于包括另一个例如更大直径的焊料体。

12、进一步来说，上壳体部分可形成引导导管，该引导导管被构造成将焊料体引导至输送装置。应当注意，引导导管和滴落导管的滴落出口优选地彼此远离，以避免多个焊料体落入滴落导管中，且因此输送装置需要将焊料体从引导导管单独运送至滴落出口。特别地，引导导管和滴落导管可以旋转地相互移位，并且输送装置可以通过使用可旋转的运送元件(例如旋转盘)来输送焊料体。如上所述，输送装置，即运送元件，被间隔件围封，并在间隔件内移动，即旋转。因此，焊料体可以经由引导导管被适当地引入至输送装置中。

13、根据本发明的另一个方面，引导导管可以沿着直线延伸通过上壳体部分。因此，焊料体可以被运送至输送装置而不会被卡住。

14、根据本发明的附加方面，引导导管可以形成为非球形空间，即形成为非球形和非圆柱形的空间，并且包括通过上壳体部分的锥形横截面。引导导管被形成以便使存在于引导导管中的焊料体上旋。特别地，非球形空间略呈漏斗形。此外，非球形空间可以逆着输送装置的移动方向，即逆着运送元件的旋转移动方向逐渐变小。进一步来说，引导导管的径向外壁部分可以形成为与运送元件即旋转盘的旋转移动方向相切。此外，径向外壁部分的位置位于运送元件的端部之外，即旋转盘的半径之外。因此，存在于引导导管中的焊料体也被布置在围封运送元件即旋转盘的间隔件上，使得焊料体甚至更加盘旋。引导导管的径向内壁部分可以包括倾斜壁部分，该倾斜壁部分在上壳体部分的顶部处相对于引导导管向外倾斜。因此，非球形空间进一步降低了焊料体卡在引导导管中的风险。应当注意，根据以上方面的壳体和引导导管可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面之一的壳体和引导导管，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

15、根据本发明的一个方面，该设备可包括焊料体贮存器，该焊料体贮存器被构造成存储多个焊料体并将焊料体供应至输送装置。特别地，焊料体可以经由引导导管供应至输送装置。因此，该设备可以长时间操作而不需要重新填充新的焊料体。

16、根据本发明的另一个方面，焊料体贮存器可包括焊料体罐和连接焊料体罐与引导导管的管线。因此，该设备和焊料体罐可以以一定距离的方式放置，并且焊料体罐可以在不停止激光辅助焊接设备的操作的情况下被重新填充。这对于以大焊料体操作的设备尤其有利。

17、根据本发明的优选方面，管线可以是柔性的。因此，焊料体罐和焊料辅助焊接设备可以在振动方面彼此解耦。这对于由于存储大量焊料体，尤其是大量大焊料体而承载重负载的焊料体罐而言是有益的。应当注意，根据以上方面的焊料体贮存器，即焊料体罐和管线，可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面之一的焊料体贮存器或焊料体罐，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

18、根据本发明的一个方面，该设备可进一步包括涂覆喷嘴保持器，该涂覆喷嘴保持器可拆卸地安装至涂覆装置的底部并且被构造成可交换地保持涂覆喷嘴。因此，该设备可以通过简单地改变涂覆喷嘴保持器来适于期望的应用。特别地，可以安装具有不同长度的涂覆喷嘴保持器。因此，不需要使用由陶瓷材料，如sin、sic、al2o3、wc等制成的长涂覆喷嘴。这种涂覆喷嘴是昂贵的，因为其需要大量的原材料和在大范围内的高制造公差，并且包含在制造或安装期间破坏的高风险。替代地或附加地，涂覆喷嘴保持器的空腔可适于所使用的焊料体。涂覆保持器优选地朝向涂覆喷嘴的开口逐渐变小。因此，在涂覆装置的底部处的出口(焊料体通过该出口被运送至涂覆喷嘴保持器)，例如公共出口开口、滴落出口或激光出口可以被设计成足够大以涂覆大焊料体，并且通过安装向涂覆喷嘴提供足够锥度的涂覆喷嘴保持器，该设备可以适用于较小的焊料体。

19、根据本发明的附加方面，涂覆喷嘴保持器可包括筒夹夹头部分，该筒夹夹头部分被构造成夹紧涂覆喷嘴。因此，当将涂覆喷嘴安装至涂覆喷嘴保持器时，涂覆喷嘴不会掉出。

20、根据本发明的另一方面，涂覆喷嘴保持器可以包括帽形螺母，该帽形螺母被构造成将涂覆喷嘴紧固至涂覆喷嘴保持器。因此，涂覆喷嘴保持器牢固地保持涂覆喷嘴。应当注意，根据以上方面的喷涂喷嘴保持器可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面之一的涂覆喷嘴保持器，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

21、根据本发明的一个方面，该设备可以进一步包括以横向游隙围封涂覆喷嘴的激光屏蔽。因此，激光屏蔽可以通过将其放置在待焊接的点周围来屏蔽该点，使得其实质上与工件接触。优选地，待焊接的点可以通过使用激光辅助焊接设备的激光束来预热，并且激光屏蔽避免了激光束散射至工件的其他部分。此外，预热被限制在激光屏蔽内部的区域。

22、根据本发明的附加方面，激光屏蔽可以可拆卸地安装至壳体，特别是下壳体部分，或涂覆喷嘴保持器。为此目的，涂覆喷嘴保持器可以包括被构造成保持激光屏蔽的保持单元。例如，激光屏蔽的凸缘可以例如通过螺钉固定至涂覆喷嘴保持器。因此，激光屏蔽可以容易地安装至具有保持单元(诸如螺纹孔)的涂覆喷嘴保持器。

23、根据本发明的优选方面，激光屏蔽可包括：安装部分，其可拆卸地安装至涂覆喷嘴保持器或涂覆装置的底部；以及屏蔽部分，其被保持在安装部分处，以便相对于安装部分可移动至在其中涂覆喷嘴的尖端与屏蔽部分的尖端处于同一水平面的缩回位置，与在其中涂覆喷嘴的尖端完全围封在屏蔽部分内的延伸位置之间的任何位置。例如，屏蔽部分可以借助于弹性元件(诸如弹簧)朝向延伸位置偏置。因此，当激光屏蔽接近并接触工件时，屏蔽部分向缩回位置移动。因此，可以避免工件的损坏，同时使得能够有效地屏蔽待焊接的点。

24、根据本发明的有益方面，激光屏蔽可以包括连接端口，该连接端口被构造成连接至真空源和/或惰性气体源。此外，连接端口可以在真空源与惰性气体源之间连接和切换，使得一个可以在另一个之后涂覆。因此，可以在激光屏蔽内部形成真空气氛或惰性气体气氛。因此，可以有利的影响焊接过程。特别地，存在于屏蔽部分内部的惰性气体可以替换用作压力气体的惰性气体，并且在将焊料体从毛细管喷出时引入该惰性气体，使得需要将压力较小的气体引入涂覆喷嘴中。特别地，由于其较大重量，较大焊料体需要较小压力的气体以将焊料体从涂覆喷嘴喷出。因此，可以避免液化或熔化的焊料体的飞溅，同时有利地影响焊接过程。应当注意，根据以上方面的激光屏蔽可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面之一的激光屏蔽，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

25、根据本发明的一个方面，该设备可包括激光耦合单元，该激光耦合单元被构造成将激光束耦合至激光导管中，并且包括对激光束透明的光学窗。因此，可以避免发射激光束的激光源与焊料材料的飞溅。此外，激光源可以容易地被替换或改变。应当注意，根据以上方面的激光耦合单元可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面的耦合单元，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

26、根据本发明的一个方面，输送装置可被构造成将焊料体从引导导管转移或输送至滴落入口。输送装置可包括具有至少一个接收孔的输送元件，并且该至少一个接收孔可被构造成接收焊料体，以沿着预定的移动路径将焊料体从引导导管运送至滴落入口。光学传感器可以沿着引导导管和滴落入口之间的移动路径设置，并且被构造成检测到少一个接收孔内焊料体的存在或不存在。因此，可以通过使用光学传感器来检测接收孔是否装载了焊料体。

27、根据本发明的附加方面，该设备可进一步包括控制单元，该控制单元被构造成控制输送装置即运送元件的移动，并在光学传感器检测到至少一个接收孔内不存在焊料体的情况下调整输送装置的移动模式。因此，可以调整移动模式，使得没有装载焊料体的接收孔被跳过，使得可以改善设备的处理速度。应当注意，根据以上方面的输送装置和控制单元可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面之一的输送装置和控制单元，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

28、根据本发明的一个方，该设备可包括：激光源，其被构造成将激光束耦合至激光导管中；以及控制单元，其被构造成操作激光源以便以脉冲调制方式发射激光束。因此，可以发射激光束，以便适当地熔化保持在涂覆喷嘴中的焊料体。脉冲调制模式需要特别适于大焊料体，以便实现足够程度的熔化或液化。

29、根据本发明的优选方面，控制单元被构造成操作激光源以便发射预脉冲，并在预脉冲结束后经过延迟时间之后发射主脉冲。优选地，预脉冲包含在其中激光束的功率逐渐增加至设定功率值的阶段和在其中恒定施加具有设定功率值的激光束的阶段。通过涂覆具有逐渐增加的功率的预脉冲，焊料体被逐渐加热和液化，使得与其中立即施加具有高恒定功率的脉冲的情况相比，液体焊料材料的动态降低。因此，通过使用该设备，可以适当地熔化或液化大焊料体。应当注意，根据以上方面的激光源和控制单元可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种根据以上方面的控制单元和/或涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括激光源和所述控制单元，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

30、根据本发明的一个方面，该设备可以包括助焊剂分配器，该助焊剂分配器被构造成将助焊剂分配至离开涂覆喷嘴的焊料体。特别地，可以借助于助焊剂分配器喷嘴涂覆助焊剂。助焊剂分配器喷嘴可以被布置在激光屏蔽内部。优选地，助焊剂以气相涂覆。这是通过经由连接至存储液体助焊剂的助焊剂罐的压力气体管线引入压力气体来实现的。因此，助焊剂可以容易地涂覆至焊料体，使得可以有利的影响焊接过程。应当注意，根据以上方面的助焊剂分配器可以独立于具有互连的激光导管和滴落导管的设备来实现。因此，本技术人保留提交涉及一种激光辅助焊接设备的一个或多个分案申请的权利，该激光辅助焊接设备包括根据以上方面的助焊剂分配器，即不包括互连的激光导管和滴落导管。

31、因此，本发明提供了一种可以容易地形成并且可以容易地适于不同涂覆的激光辅助焊接设备。特别地，激光辅助焊接设备可以容易地进行调适，使得可以涂覆直径在0.9μm至2mm范围内的大焊料体。