專利名稱：焊接機器人及其對準定位機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及焊接機器人，并且更具體地涉及用于焊接機器人的烙鐵頭的對準定位機構。
背景技術：
通孔焊接工藝(pin-through hole soldering process)在電子工業制造中廣泛使用。通常，采用焊接機器人來完成通孔焊接工藝所需的各步驟。焊接機器人大體上具有能夠三維移動的移動臂以及對所述移動臂的運動進行控制的控制單元。在移動臂上安裝有烙鐵頭以及用于焊絲的送絲機構。在工作時，印刷電路板固定在焊接機器人的工作臺上，并且待焊的電子元器件的引腳插入到印刷電路板中的通孔中。在控制單元的控制下，焊接機器人的移動臂移動并且送絲機構送絲，以使得烙鐵頭與焊絲位于待焊部位附近。通電后的烙鐵頭使得焊絲融化，從而將電子元器件焊接在印刷電路板上。在這種焊接工藝中所面臨的一個主要問題是，每次必須將烙鐵頭精確地定位在焊接部位。也就說，烙鐵頭要同時接觸電子元器件的引腳與印刷電路板的焊接區。如果烙鐵頭僅僅錯誤地與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區二者中的一個接觸的話，那么電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區的加熱溫度有可能不同。這樣導致的后果很可能使得焊料迅速冷卻、焊絲無法按需熔融并且在引腳與焊接區之間無法形成所需的焊接連接。日本專利公開文獻(JP4333363)公開了一種焊接機器人，在該焊接機器人的移動臂上安裝有烙鐵頭，該烙鐵頭經由一套平行彈簧系統與該焊接機器人的移動臂相連，從而該烙鐵頭能夠與該移動臂的路徑相平行地移動。雖然該專利公開文獻對安裝烙鐵頭的移動臂進行了改進，但是在操作時仍無法可靠確保烙鐵頭能夠與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區同時接觸。如果無法確保焊接機器人在操作時烙鐵頭與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區同時接觸，則電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區的溫度存在差異，從而焊料有可能過快冷卻，導致無法確保電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區之間的所期望的焊接品質。另外，如果烙鐵頭與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區之間的接觸力過大的話，則可能造成電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區的損壞，而影響焊接品質。
實用新型內容本實用新型的一個目的是提供一種用于焊接機器人的烙鐵頭的對準定位機構，其能夠使得烙鐵頭總是準確地與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區同時接觸，從而提高焊接質量，并且能夠防止接觸力過大的情況出現。根據本實用新型的一個方面，提供了一種焊接機器人的對準定位機構，其包括第一部件，所述第一部件設置有第一彈簧結構，所述第一部件在所述焊接機器人的移動臂上安裝并且能夠相對于所述移動臂沿第一方向移動；第二部件，所述第二部件設置有第二彈簧結構，所述第二部件在所述移動臂或所述第一部件上安裝并且能夠相對于所述移動臂或所述第一部件沿第二方向移動，其中所述第二方向與所述第一方向成夾角設置；其中，所述第一彈簧結構包括第一固定支架、一端在所述第一固定支架上固定的且沿第一方向施力作用的第一彈簧、在所述第一固定支架上固定的第一傳感器模塊以及相對于所述第一彈簧的自由端安置的檢測標靶，所述第二彈簧結構包括第二固定支架、一端在所述第二固定支架上固定的且沿第二方向施力作用的第二彈簧、在所述第二固定支架上固定的第二傳感器模塊以及相對于所述第二彈簧的自由端安置的檢測標靶，在所述第一部件或第二部件滑動時，所述第一或第二彈簧的自由端能夠與在所述第一部件或第二部件上預設的止擋部接觸并保持與所述止擋部相對靜止，從而所述第一或第二傳感器模塊能夠檢測到所述檢測標靶的運動。可選地，所述第一和/或第二傳感器模塊包括至少一個傳感器，以檢測所述檢測標靶的運動。可選地，所述第一和/或第二傳感器模塊包括至少兩個相互間隔的傳感器，以檢測所述檢測標靶的運動。優選地，所述傳感器是光電傳感器，并且所述檢測標靶由反光材料制成。優選地，所述對準定位機構的第一部件和/或第二部件包括滑動導軌，所述第一和/或第二固定支架在所述滑動導軌的固定軌上設置，所述檢測標靶在所述第一和/或第二彈簧的自由端上設置或者在所述滑動導軌的滑動軌的預設位置上設置。優選地，所述第一和/或第二彈簧是螺旋彈簧。優選地，所述第一方向基本上垂直于所述第二方向。優選地，所述對準定位機構與焊接機器人的烙鐵頭固定相連。優選地，所述對準定位機構還包括第三部件，所述第三部件設置有第三彈簧結構，所述第三部件能夠相對于不同于第一方向或第二方向的第三方向滑動，所述第三彈簧結構與第一彈簧結構或第二彈簧結構構造相同。根據本實用新型的另一方面，提供了一種焊接機器人，其包括移動臂；控制單元，以控制所述移動臂的移動；如上所述的對準定位機構，所述對準定位機構安裝在所述移動臂的自由端上；以及與所述對準定位機構相連的烙鐵頭以及提供焊絲的送絲器。采用本說明書及權利要求中給出的技術方案，由于定位對準機構包括具有至少兩個沿不同方向的彈簧結構的彈簧系統，所以烙鐵頭能夠與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區同時接觸，提高焊接品質，并且能夠防止接觸力過大的情況出現。
圖1示意性示出了根據本實用新型的一個實施例的焊接機器人的局部透視圖；圖2示意性放大示出了根據圖1的焊接機器人的移動臂上的如虛線圓圈所標的對準定位機構中所安裝的彈簧系統；圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的烙鐵頭的對準定位機構的正視圖；并且圖4a至圖4c示出了根據本實用新型的焊接機器人的烙鐵頭在對準定位機構作用下的操作過程。
具體實施方式
下面參照附圖描述本實用新型的一些優選實施方式。在各附圖中，相同的部件由相同的附圖標記表示。圖1示意性示出了根據本實用新型的一個實施例的焊接機器人I。該焊接機器人I大體上包括能夠沿三維方向X、y或Z任意移動的移動臂2、固定的工作臺4以及(未示出的)控制單元，其中所述控制單元例如是可編程邏輯控制器(PLC)并且能夠控制移動臂的運動。在移動臂2的一個自由端上安裝有對準定位機構3。對準定位機構3經由一支架與用于焊絲的送絲器5和烙鐵7固定相連。如圖1所示，支架設有連接片6，在連接片6的兩端上分別成角度地固定有所述送絲器5和所述烙鐵7。連接片6為圓弧形結構，并設有與其輪廓相符的圓弧槽。通過沿圓弧槽移動連接片6，可以改變送絲器5和烙鐵7相對于工作臺4的角度，以便實現不同角度的焊接。作為示例，對準定位機構3包括能夠彼此沿z和X方向自由滑動的第一部件3.1以及第二部件3. 2。在對準定位機構3不使用時，第一部件3.1以及第二部件3. 2可以通過相應的鎖定裝置彼此鎖定而無法移動。僅僅在需要對準定位機構3使得烙鐵7的烙鐵頭8準確定位時，鎖定裝置被解鎖從而第一部件3.1和第二部件3. 2能夠分別沿沿z和X方向自由相對滑動。第一部件3.1和第二部件3. 2之間可以采用本領域已知的任何結構實現相對滑動。例如，第一部件3.1與焊接機器人I的移動臂2的端部之間可以安裝有滑動導軌，同時第一部件3.1與第二部件3. 2之間可以安裝有滑動導軌。僅僅作為一個實例，可以想到的是第一部件3.1與焊接機器人I的移動臂2的端部之間的滑動導軌沿X方向安裝，從而第一部件3.1能夠相對于焊接機器人I的移動臂2沿X方向自由滑動；而第一部件3.1與第二部件3. 2之間的滑動導軌沿z方向安裝，從而第二部件3. 2能夠相對于第一部件3.1或移動臂2沿z方向自由滑動。很顯然，上述顛倒的情況對于本實用新型也是適用的。根據本實用新型的一個方面，對準定位機構3中安裝有彈簧系統9。以下參閱圖2和3詳細說明彈簧系統9的結構。如圖2所示，對準定位機構3的彈簧系統9包括兩個彈簧結構9.1和9. 2。這兩個彈簧結構9.1和9. 2分別在第一部件3.1與第二部件3. 2內或上安置，從而彈簧結構9.1和9. 2的方向分別同第一部件3.1與第二部件3. 2的滑動方向一致。例如，如圖3所示，彈簧結構9.1在第一部件3.1內安裝，從而彈簧結構9.1的縱向與X方向一致；彈簧結構9. 2在第二部件3. 2內安裝，從而彈簧結構9. 2的縱向與z方向—致。彈簧結構9.1包括固定支架10、彈簧11、傳感器模塊12以及檢測標靶13。例如，固定支架10為剛性細長板結構,在固定支架10的一端垂直伸出有固定部10.1,用于與固定支架10平行地固定彈簧11的一端。如圖2和3所示，固定支架10例如可以安裝在組成第一部件3.1與移動臂2之間的滑動導軌的固定軌上。傳感器模塊12與彈簧11的固定端相隔一定距離地安裝在固定支架10上。在彈簧11的另一自由端上安裝有檢測標靶13。該彈簧11的長度設置成該檢測標靶13沿X方向稍微越過傳感器模塊12。例如，在第一部件3.1經由滑動導軌相對于移動臂2滑動時，檢測標靶13可以與滑動導軌中的另一個滑動件上的止擋部15(在圖2和3中分別用虛線框表示)接觸，從而彈簧11受壓。隨著彈簧11進一步受壓，檢測標靶13相對于傳感器模塊12向彈簧11的固定端移動，從而傳感器模塊12能夠檢測到檢測標靶13的這種運動。也就是說，第一部件3.1的運動時受阻能夠這樣地被檢測到。應當清楚的是，在沿y方向觀察時，彈簧結構9.1與9. 2是相互錯開的，這樣第一部件3.1與第二部件3. 2各自的滑動互不影響。此外，還應當清楚，止擋部15的形狀可以并非如圖2和3所示的矩形，任何能夠與檢測標靶13合適接觸的形狀均可以在本發明中采用。傳感器模塊12與焊接機器人的控制單元相連，從而在檢測到檢測標靶13運動時可以將信號傳遞給控制單元。如圖2和3所示，傳感器模塊12例如包括兩個間隔開的傳感器12.1和12. 2。在本實用新型的示意性實施例中，傳感器12.1和12. 2是光電傳感器，檢測標靶13涂覆有反光涂料。但是，本實用新型并不限于如此。例如，傳感器模塊還可以以霍爾傳感器的方式設置。或者，甚至可以取消傳感器12.1和12. 2，而僅僅由開關代替。在這種情況下，檢測標靶13設置為一推桿，當推桿相對于固定支架10移動而經過開關時使得開關閉合，從而產生能夠由控制單元接收的信號。在本實用新型的實施例中，傳感器模塊12沿固定支架10的縱向設有兩個傳感器12.1和12. 2。傳感器12.1用于檢測彈簧11是否接觸到導軌上預設的止擋部。傳感器12. 2與傳感器12.1間隔一段距離，該段距離為彈簧11受情況允許能夠被壓縮的最大長度。也就是說，傳感器12. 2用于檢測彈簧11能夠被允許最大壓縮的量。當然，也可以想到的是，傳感器模塊12可以僅僅設置一個傳感器，從而僅僅檢測彈簧11是否接觸到導軌上預設的止擋部。或者，傳感器模塊12可以在固定支架10上沿縱向并排設置不止兩個傳感器，從而按照需要檢測彈簧11的受壓情況。雖然上述提到檢測標靶13安裝在彈簧11的一端上，但是作為替代，檢測標靶13可以安裝在滑動導軌的滑動軌上，從而在第一部件3.1沿X方向移動使得彈簧11的自由端接觸例如在滑動導軌的滑動軌上預設的止擋部而受壓時，檢測標靶13也可如上所述地相對于傳感器模塊12移動，以便其檢測彈簧11的接觸和/或受壓情況。盡管如圖2和3所示彈簧11為螺旋彈簧，但是可以想到的是彈簧11作為替代可以設置為任何其它具有彈性且可以承受壓力的器件，例如折疊彈簧或甚至僅僅是能夠壓縮的彈性體。作為替代，傳感器模塊12可以例如靠近彈簧11的固定端設置并且檢測標靶13在彈簧11的固定端上或附近設置，以便在彈簧11沿X方向移動而受壓時，傳感器模塊12也可以檢測到檢測標靶13的運動。以上僅僅參照彈簧結構9.1進行了說明，但是應當清楚彈簧結構9. 2在構造方面與彈簧結構9.1相同。二者之間的差異僅僅在于彈簧結構9. 2例如沿z方向在第二部件3. 2上或內安裝，從而檢測第二部件3. 2的運動。以下參照附圖4a至4c示意性說明根據本實用新型的焊接機器人的烙鐵頭在其對準定位機構的作用下的操作過程。首先，如圖4a所示，印刷電路板(PCB)固定在焊接機器人的工作臺4上。電子元器件(未示出)的引腳14已經穿過印刷電路板的通孔安置就位。焊接機器人的移動臂2通過控制單元(未示出)根據預定的程序移動，從而烙鐵頭8例如沿y方向與引腳14對正地移動到引腳14與印刷電路板的相應焊接區附近。在本實用新型的示意性實施例中，烙鐵頭8例如為圓錐形。如圖4a所示，在這種情況下，焊接機器人的移動臂2通過控制單元(未示出)根據預定的程序移動，以使得烙鐵頭8的末端的靠近引腳14的邊緣距引腳14的X方向距離為間距s并且烙鐵頭8的末端的靠近印刷電路板的邊緣距印刷電路板的z方向距離也為間距S。這例如可以通過事先在工作臺和印刷電路板上制出定位點、然后在程序的控制下使得移動臂2移動而實現。在本實用新型的示意性實施例中，間距s例如可以是0. 5毫米至0. 8毫米或者0. 8毫米至1. 0毫米。可選地，可以想到的是在烙鐵頭8為球形的情況下，間距s指的是球形烙鐵頭的鄰近切點距引腳或焊接區的距離。然后，焊接機器人I的控制單元發出指令使得移動臂2上安裝的本實用新型的對準定位機構3處于工作狀態。接著，如圖4b所示，移動臂2例如開始先沿X方向接近引腳14。隨著移動臂2的移動，烙鐵頭8沿X方向逐漸接近引腳14。在烙鐵頭8與引腳14接觸之后，在接觸力的作用下對準定位機構3的第一部件3.1相對于移動臂2沿X方向滑動，從而對準標靶13移動經過彈簧結構9.1上的傳感器模塊12、例如移動經過傳感器模塊12的傳感器12.1。在傳感器模塊12或者更確切地傳感器12.1檢測到對準標靶13的移動之后，向控制單元發出信號，從而控制單元停止移動臂2沿X方向的移動。然后，控制單元發出指令使得移動臂2沿z方向接近印刷電路板的焊接區。如圖4c所示，隨著移動臂2的移動，烙鐵頭8沿z方向逐漸接近印刷電路板的焊接區。在烙鐵頭8與焊接區接觸之后，在接觸力的作用下，對準定位機構3的第二部件3. 2相對于第一部件3.1沿z方向滑動，從而對準標靶13移動經過彈簧結構9. 2上的傳感器模塊12、例如移動經過傳感器模塊12的傳感器12.1。在傳感器模塊12或者更確切地傳感器12.1檢測到對準標靶13的移動之后，向控制單元發出信號，從而控制單元停止移動臂2沿z方向的移動。這樣，確保了烙鐵頭8與引腳14和印刷電路板的焊接區同時接觸，從而它們同時被加熱，并且伴隨著焊絲的送入，電子元器件可以可靠地焊接在印刷電路板上。可以想到的是，在一個引腳14被焊接之后，在控制單元的控制下，烙鐵頭8可以快速回彈，從而彈簧9恢復原狀，并且對準定位機構3被鎖定，以便進行下一個引腳的焊接工作。因為電子元器件以及印刷電路板的制造誤差，無法確保烙鐵頭8與電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區之間的接觸力總是適宜的。如果接觸力過大的話，電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區容易受到損害。如果接觸力過小或者甚至沒有接觸力的話，也容易造成電子元器件的引腳和印刷電路板的焊接區加熱不均勻。為此，例如兩個傳感器12.1和12. 2在每個傳感器模塊12中設置。傳感器12. 2的目的是防止烙鐵頭8與電子元器件的引腳或印刷電路板的焊接區之間的接觸力過大。例如，傳感器12.1與傳感器12. 2之間的間距設置為彈簧11在最大容許的接觸力作用下的變形量。例如，在對準定位機構3的第一部件3.1沿X方向移動且對準標靶13在經過傳感器12.1之后第一部件3.1仍未停止移動的情況下，如果對準標靶13移動經過傳感器12. 2并被其所檢測到，則這意味著烙鐵頭8與引腳14之間的接觸力已經接近或超過最大容許值。因此，控制單元例如發出指令停止焊接機器人的操作，保護電子元器件或印刷電路板免
士口
受fe軎。[0048]以上僅僅示意性說明了本實用新型的對準定位機構3的工作方式，但是本實用新型并不限于此。例如，雖然在所示的實施例中已經提到對準定位機構3具有能夠沿X方向和沿z方向自由滑動的第一部件3.1和第二部件3. 2，但是還可以想到的是對準定位機構3還可以設有能夠沿y方向自由滑動的第三部件。在該第三部件內或上可以設置與彈簧系統9的彈簧結構9.1和9. 2類似的彈簧結構。也就是說，對準定位機構3可以設有能夠沿三個方向x、y、z的彈簧系統9。在已經說明的實施例中，對準定位機構3的第一部件3.1和第二部件3. 2本身是自由滑動的，它們在移動臂2的帶動下而相對滑動。但是作為替代，可以想到的是對準定位機構3本身可以設有微型電機。微型電機受焊接機器人I的控制單元的控制，從而第一部件3.1和第二部件3. 2能夠沿各自的滑動導軌被驅動移動。在這種情況下，烙鐵頭8仍可以如圖4a所示地移動到電子元器件的引腳14和印刷電路板的焊接區附近；然后，對準定位機構3的微型電機的作用下，烙鐵頭8也可以如上所述那樣地移動，從而確保烙鐵頭8與電子元器件的引腳14和印刷電路板的焊接區同時準確接觸并防止接觸力過大而受到損害。作為替代，本實用新型的對準定位機構3的第一部件3.1和/或第二部件3. 2可以直接設置為一對滑動導軌。在這種情況下，作為第一部件的一對滑動導軌的固定軌在移動臂2的自由端上固定，而滑動軌與作為第二部件的一對滑動導軌的固定軌固接，從而烙鐵頭8的支架固定在滑動軌上。在這種情況下，彈簧系統9的各部分的在滑動導軌上的安裝，與如上所述的實施例類似。盡管在所描述的實施例中提到了第一部件和第二部件能夠沿相互垂直的方向滑動或移動，但是可以想到的是第一部件和第二部件也可以沿非垂直的方向、例如交叉的方向滑動或移動。在這種情況下，可以清楚本實用新型的定位對準機構同樣可以使得烙鐵頭準確地與電子元器件的引腳以及印刷電路板的焊接區同時接觸。可以想到的是，根據本實用新型的這種對準定位機構并非僅限于在焊接機器人的烙鐵頭對準定位中使用。任何需要精確對準定位的裝置或設備均可以類似地采用根據本實用新型的這種對準定位機構。盡管這里詳細描述了本實用新型的特定實施方式，但它們僅僅是為了解釋的目的而給出的，而不應認為它們對本實用新型的范圍構成限制。在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，各種替換、變更和改造可被構想出來。
權利要求1.一種焊接機器人的對準定位機構，其包括 在所述焊接機器人的移動臂上安裝的且能夠相對于所述移動臂沿第一方向移動的第一部件，所述第一部件設置有第一彈簧結構； 在所述移動臂或所述第一部件上安裝的且能夠相對于所述移動臂或所述第一部件沿第二方向移動的第二部件，其中所述第二方向與所述第一方向成夾角設置，所述第二部件設置有第二彈簧結構， 其特征在于，所述第一彈簧結構包括第一固定支架、一端在所述第一固定支架上固定的且沿第一方向施力作用的第一彈簧、在所述第一固定支架上固定的第一傳感器模塊以及相對于所述第一彈簧的自由端安置的檢測標靶，所述第二彈簧結構包括第二固定支架、一端在所述第二固定支架上固定的且沿第二方向施力作用的第二彈簧、在所述第二固定支架上固定的第二傳感器模塊以及相對于所述第二彈簧的自由端安置的檢測標靶，在所述第一部件或第二部件滑動時，所述第一或第二彈簧的自由端能夠與在所述第一部件或第二部件上預設的止擋部接觸并保持與所述止擋部相對靜止，并因此所述第一或第二傳感器模塊檢測所述檢測標靶的運動。
2.根據權利要求1所述的對準定位機構，其特征在于，所述第一和/或第二傳感器模塊包括至少一個傳感器，以檢測所述檢測標靶的運動。
3.根據權利要求1所述的對準定位機構，其特征在于，所述第一和/或第二傳感器模塊包括至少兩個相互間隔的傳感器，以檢測所述檢測標靶的運動。
4.根據權利要求2或3所述的對準定位機構，其特征在于，所述傳感器是光電傳感器，并且所述檢測標靶由反光材料制成。
5.根據權利要求1至3任一所述的對準定位機構，其特征在于，所述對準定位機構的第一部件和/或第二部件包括滑動導軌，所述第一和/或第二固定支架在所述滑動導軌的固定軌上設置，所述檢測標靶在所述第一和/或第二彈簧的自由端上設置或者在所述滑動導軌的滑動軌的預設位置上設置。
6.根據權利要求1至3任一所述的對準定位機構，其特征在于，所述第一和/或第二彈簧是螺旋彈簧。
7.根據權利要求1至3任一所述的對準定位機構，其特征在于，所述第一方向基本上垂直于所述第二方向。
8.根據權利要求1至3任一所述的對準定位機構，其特征在于，所述對準定位機構與焊接機器人的烙鐵頭固定相連。
9.根據權利要求1至3任一所述的對準定位機構，其特征在于，所述對準定位機構還包括相對于不同于第一方向或第二方向的第三方向移動的第三部件，所述第三部件設置有第三彈簧結構，所述第三彈簧結構與第一彈簧結構或第二彈簧結構構造相同。
10.一種焊接機器人，其特征在于，所述焊接機器人包括 移動臂； 控制所述移動臂的移動的控制單元； 根據前述權利要求任一所述的對準定位機構，所述對準定位機構安裝在所述移動臂的自由端上；以及 與所述對準定位機構相連的烙鐵頭以及提供焊絲的送絲器。
專利摘要本實用新型涉及一種焊接機器人的對準定位機構，其包括沿第一方向的第一部件，所述第一部件設置有第一彈簧結構；沿第二方向的第二部件，所述第二部件設置有第二彈簧結構，第二與第一方向成夾角；其中，第一彈簧結構包括第一固定支架、第一彈簧、第一傳感器模塊以及檢測標靶，第二彈簧結構包括第二固定支架、第二彈簧、第二傳感器模塊以及檢測標靶，在第一或第二部件滑動時，第一或第二彈簧的自由端與在第一或第二部件上預設的止擋部接觸，從而傳感器模塊檢測檢測標靶的運動。本實用新型還涉及一種焊接機器人，其包括移動臂；前述的對準定位機構，其安裝于移動臂的自由端；以及與對準定位機構相連的烙鐵頭和送絲器。
文檔編號B25J13/08GK202824916SQ201220548350
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者馮時佳, Y·拉烏, 陸蓓雯 申請人:博世汽車部件(長沙)有限公司