CN112872527A - 基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及*** - Google Patents

基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及*** Download PDF

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CN112872527A CN202110038387.XA CN202110038387A CN112872527A CN 112872527 A CN112872527 A CN 112872527A CN 202110038387 A CN202110038387 A CN 202110038387A CN 112872527 A CN112872527 A CN 112872527A
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Abstract

本申请公开了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及***，包括：获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分为若干个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。

Description

基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及***
技术领域
本申请涉及电子制造焊接工艺回流焊技术领域，特别是涉及基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
在集成电路板等电子产品生产中，需要将安装有各种电子元件的印刷电路板放置在回焊炉中，通过加热，将电子元件自动焊接到电路板上，而回流焊回流，也叫回流过程，是是指锡膏在达到锡膏熔点后，在其液态表面张力和焊剂助的作用下液态锡回流到元件引脚上形成焊点，让线路板焊盘和元件焊接成整体的过程。作为集成电路板生产中的关键工序，设置合理温度曲线是保证回流焊质量的关键，反之，不恰当的温度曲线会使PCB板出现焊接不全、虚焊、元件翘立、焊锡球过多等焊接缺陷，严重影响产品质量。
目前，温度曲线设置方面的工作多是通过实验测试来控制和调整的，在现有回流工艺过程中，一般使用传感设备获取温度曲线来设定工艺参数，即基于各传感器在加热过程中的时间与温度的可视数据集合，由操作员通过视觉观察、主观经验，决定能量施加总量与能力施加部位。由于经过回流焊的电子原件产品质量受操作员主观经验的直接影响，仅仅通过实验方法寻求符合工艺要求的最佳温度，不仅低效，而且需要不断变换参数设置、培训操作员等外界条件支持，极大浪费了人力和财力。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本申请提供了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法及***；
第一方面，本申请提供了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法；
基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，包括：
获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
第二方面，本申请提供了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接***；
基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接***，包括：
获取模块，其被配置为：获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4 个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
预测曲线计算模块，其被配置为：根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
焊接模块，其被配置为：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
第三方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行的时候用于实现前述第一方面任意一项的方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
有效优化回焊炉焊接过程，在一定程度上提高了焊接效率和产品质量。
本申请附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本申请的回焊炉截面示意图；
图2是本申请的sigmoid激活函数图像；
图3是本申请的两端是恒温区，中间是无加热源的炉内环境温度区间过渡曲线；
图4是本申请的回焊炉各温区炉内温度曲线与某次实验中测得的焊接区域中心温度曲线图；
图5是本申请的最佳焊接系数Q求解流程图；
图6是本申请的某次实验焊接区域中心温度曲线与焊接系数Q取不同值时预测的对比图；
图7是本申请的利用得到的最佳焊接系数Q＝-0.021时绘制的其他给定条件下预测的焊接区域中心温度曲线图；
图8是本申请的传送带速度区间及最大速度求解流程图；
图9是本申请的炉温曲线示意图；
图10是本申请的超过217℃到峰值温度所覆盖的面积最小求解流程图；
图11是本申请的最小面积求解流程图；
图12是本申请的最优解温度超过217℃部分的温度翻转图；
图13是本申请的任意一组温度超过217℃部分的温度翻转图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
主要解决三个问题：首先，根据热传导规律，如何获取焊接中心区域温度曲线函数关于炉内温度分布函数在位移上的一阶常微分方程；其次，如何设定炉内温度分布函数与各小温区温度相关参数；最后，如何得到小温区之间的平滑的区间温度过渡曲线。
实施例一
本实施例提供了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法；
基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，包括：
S100：获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
S200：根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
S300：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
小温区指具有加热功能的某一连续加热区间，间隙指没有加热源的某一连续区间，而大温区指由小温区和间隙组合而成的某一连续区间。回焊炉从功能上可分为4个大温区：预热区、恒温区、回流区、冷却区(如图1所示)，每个大温区内部又设置若干小温区。某回焊炉内11个小温区及炉前、炉后区域具体尺寸如表1所示，每个小温区长度为30.5cm，相邻小温区之间有5cm的间隙。回焊炉各温区参数调节范围如表2所示。
表1某回焊炉内11个小温区及炉前、炉后区域具体尺寸
Figure BDA0002894271310000041
表2某回焊炉的参数可调节范围
Figure BDA0002894271310000042
Figure BDA0002894271310000051
作为一个或多个实施例，所述方法还包括：
S400：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积最小参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积最小参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
作为一个或多个实施例，所述方法还包括：
S500：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
作为一个或多个实施例，所述S200：根据回焊炉的实际回流焊尺寸和温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；具体包括：
S201：对比热传导规律以及比热容公式，得出小温区焊炉内环境温度T(x)与焊接中心区域温度f(x)的一阶常微分方程；
S202：利用Sigmoid函数在小温区与小温区之间的间隙过渡，得到平滑的区间温度过渡曲线函数；
S203：对于温差大于设定阈值的小温区与小温区间隙，利用指数函数和一次函数进行线性组合，迫近实际的凹函数，得到温度分布函数：
S204：根据所述一阶常微分方程、所述平滑的区间温度过渡曲线、温度分布函数、回焊炉的实际回流焊尺寸和温区数目，得到炉内环境温度分布T(x)；
所述炉内环境温度分布T(x)，是指炉前区域、炉后区域和所有的小温区的回焊炉炉内环境温度分布函数；
S205：基于炉内环境温度分布T(x)和焊接中心区域温度f(x)，得到最优焊接系数Q。
进一步地，所述S201：对比热传导规律以及比热容公式，得出小温区焊炉内环境温度T(x) 与焊接中心区域温度f(x)的一阶常微分方程；一阶常微分方程具体是指：
Figure BDA0002894271310000052
其中，Q表示焊接系数，v表示传送带的速度，x代表从炉前区域起计算的位移，
Figure BDA0002894271310000053
表示小温区焊炉内环境温度T(x)的一阶导数。
进一步地，所述S202：利用Sigmoid函数在小温区与小温区之间的间隙过渡，得到平滑的区间温度过渡曲线；所述平滑的区间温度过渡曲线，具体是指：
Figure BDA0002894271310000061
x代表从炉前区域起计算的位移，T前温区代表前一个大温区设置的温度，T后温区代表后一个大温区设置的温度，x前1代表间隙1开始的位移，x后1代表间隙1结束的位移。
进一步地，所述S203：对于温差大于设定阈值的小温区与小温区间隙，利用指数函数和一次函数进行线性组合，迫近实际的凹函数，得到温度分布函数；
Figure BDA0002894271310000062
x代表从炉前区域起计算的位移，T前温区代表前一个大温区设置的温度，T后温区代表后一个大温区设置的温度，x前代表小温区8开始的位移，x后代表小温区11结束的位移，TT4代表小温区8～9设置的温度值，TT5代表小温区10～11设置的温度值。
进一步的，S203具体步骤包括：
S2031：利用S201所述一阶常微分方程推理可知，焊炉内环境温度T(x)与焊接中心区域温度f(x)温差越小，其焊炉内环境温度T(x)的一阶导数越小，因此在TT4＝255℃，TT5＝25℃且环境温度也为25℃的条件下，由于凹函数拥有一个下跌的斜率，因此在这段区间内，由于温差越来越小，T(x)的一阶导数也越来越小，此时焊炉内环境温度T(x)必然为凹函数。
S2032：利用位移与焊炉内环境温度T(x)的直角坐标系已知坐标[x前，TT4]，[x后，TT5] 代入一次函数中可得
Figure BDA0002894271310000063
将坐标[x前，TT4]，[x后，TT5]代入指数函数可得
Figure 1
因此焊炉内环境温度T(x)为T1(x)与T2(x)的线性组合
T(x)＝p·T1(x)+(1-p)·T2(x)
S2033：通过遍历p的值，可以确定p＝0.8时方差最小，函数最合适，从而得到温度分布函数：
Figure BDA0002894271310000072
x代表从炉前区域起计算的位移，T前温区代表前一个大温区设置的温度，T后温区代表后一个大温区设置的温度，x前代表小温区8开始的位移，x后代表小温区11结束的位移，TT4代表小温区8～9设置的温度值，TT5代表小温区10～11设置的温度值。
进一步地，所述S205：基于炉内环境温度分布T′(x)和焊接中心区域温度f(x)，得到最优焊接系数Q；具体步骤包括：
S2051：利用传感器，测得焊接区域中心温度曲线f1(x)；
S2052：利用焊接区域中心温度曲线f1(x)、炉内环境温度分布T(x)和一阶常微分方程，设置各个小温区的温度参数以及传送带过炉速度；
S2053：将前一区间预测的f1(x)的温度末值赋值给后一区间预测的温度初始值，用matlab 提供的常微分方程的数值求解ode45函数解出各个位置的解常微分方程；
S2054：通过遍历焊接系数G，利用方差挑选出与测得焊接区域中心温度曲线f(x)最为相近的一组温度曲线，确定并评价最优焊接系数Q并绘制预测曲线。
进一步地，所述S204：根据所述回焊炉的实际回流焊尺寸和温区数目、一阶常微分方程、所述平滑的区间温度过渡曲线、所述温度分布函数，得到炉内环境温度分布T(x)；具体包括：
Figure BDA0002894271310000081
应理解的，在设定各温区的温度和传送带的过炉速度后，可以通过温度传感器测试某些位置上焊接区域中心的温度，称之为炉温曲线(即焊接区域中心温度曲线)。
作为一个或多个实施例，所述S300：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
S301：设置各小温区温度参数、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值和传送带速度区间；
S302：枚举速度，将焊接区域中心温度预测曲线离散化抽样保存到数组中，判断是否满足制程界限，遍历速度并记录满足条件的速度区间并输出。
作为一个或多个实施例，所述S400：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积最小参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积最小参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
S401：设置各小温区温度预测区间、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值和传送带速度预测区间；
S402：枚举速度，将焊接区域中心温度预测曲线离散化抽样保存到数组中；
S403：判断是否满足制程界限，计算超过217℃部分的阴影面积，寻找使阴影面积最小的各小温区温度以及传送带速度并输出。
作为一个或多个实施例，所述S500：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
S501：设置各小温区温度区间、最快升降温速度、相邻两次实测之间的抽样时间间隔、温度最大值和传送带速度区间；
S502：通过对焊接中心温度预测曲线的离散化抽样；
利用离散化抽样，按抽样时间间隔t＝0.5s抽样得到焊接中心温度曲线的离散化数组；
通过遍历数组的首部与尾部，寻找出f(x)＝217℃临界点时刻的t1和t2；
计算出临界点t1和t2到中心点
Figure BDA0002894271310000091
两侧对称区间每对炉温值的方差
Figure BDA0002894271310000092
Figure BDA0002894271310000093
从中挑选出既满足制程条件又能使方差最小、面积较小的最优解；
S503：挑选两组预测结果进行可视化分析。
回焊炉内部设置若干个小温区，回焊炉从功能上可分成4个大温区：预热区、恒温区、回流区、冷却区(如图1所示)。电路板两侧搭在传送带上匀速进入炉内进行加热焊接。
某回焊炉内有11个小温区及炉前区域和炉后区域(如图1所示)，每个小温区长度为30.5 cm，相邻小温区之间有5cm的间隙，炉前区域和炉后区域长度均为25cm。
回焊炉启动后，炉内空气温度会在短时间内达到稳定，此后，回焊炉方可进行焊接工作。炉前区域、炉后区域以及小温区之间的间隙不做特殊的温度控制，其温度与相邻温区的温度有关，各温区边界附近的温度也可能受到相邻温区温度的影响。另外，生产车间的温度保持在25℃。
在设定各温区的温度和传送带的过炉速度后，可以通过温度传感器测试某些位置上焊接区域中心的温度，称之为炉温曲线(即焊接区域中心温度曲线)。例如：某次实验中炉温曲线的数据，各温区设定的温度分别为175℃(小温区1～5)、195℃(小温区6)、235℃(小温区 7)、255℃(小温区8～9)及25℃(小温区10～11)；传送带的过炉速度为70cm/min。
实际生产时可以通过调节各温区的设定温度和传送带的过炉速度来控制产品质量。在上述实验设定温度的基础上，各小温区设定温度可以进行±10℃范围内的调整。调整时要求小温区1～5中的温度保持一致，小温区8～9中的温度保持一致，小温区10～11中的温度保持25℃。传送带的过炉速度调节范围为65～100cm/min。
在回焊炉电路板焊接生产中，炉温曲线应满足一定要求，即制程界限(见表3)。
表3制程界限
Figure BDA0002894271310000101
S201：根据热传导规律以及比热容公式对比得出，小温区焊炉内环境温度与焊接中心区域温度的一阶常微分方程。
假设焊接区域中心看作质点、焊接系数受温度的影响忽略不计、各加热区设定温度即是对应区域炉内温度、焊接过程不考虑热对流。
热传导规律描述了温度差与热流密度的关系：
Figure BDA0002894271310000102
比热容公式表示单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量：
Figure BDA0002894271310000103
根据(1)(2)可得
C·dT＝q·dt (3)
即
q＝-k[T(x)-f(x)] (4)
其中，T(x)是炉内环境温度分布函数，f(x)是实验中测得焊接区域中心温度函数，由此可得焊接区域温度的一阶常微分方程：
Figure BDA0002894271310000104
设
Figure BDA0002894271310000105
为焊接系数Q，得到各温区的温度设定值与焊点的一阶常微分方程：
Figure BDA0002894271310000106
S202：利用Sigmoid函数在小温区之间的间隙过渡，得到平滑的区间温度过渡曲线。相邻小温区之间有5cm的间隙温度分布符合sigmoid函数，sigmoid函数是一种如图2所示的激活函数。
Sigmoid函数由下列公式定义：
Figure BDA0002894271310000111
两区间内的间隙温度可以用图3所示的sigmoid激活函数过渡，两端是恒温区，中间是无加热源的炉内环境温度区间过渡曲线，如图3所示。
此时Sigmoid函数经过平移变换、伸缩变换后可得解析式
Figure BDA0002894271310000112
S203：针对小温区与小温区之间温差过大的特殊间隙，利用S201所述一阶常微分方程推理可知，焊炉内环境温度T(x)与焊接中心区域温度f(x)温差越小，其焊炉内环境温度T(x)的一阶导数越小，因此在TT4＝255℃，TT5＝25℃且环境温度也为25℃的条件下，由于凹函数拥有一个下跌的斜率，因此在这段区间内，由于温差越来越小，T(x)的一阶导数也越来越小，此时焊炉内环境温度T(x)必然为凹函数。
利用位移与焊炉内环境温度T(x)的直角坐标系已知坐标[x前，TT4]，[x后，TT5]代入一次函数中可得：
Figure BDA0002894271310000113
将坐标[x前，TT4]，[x后，TT5]代入指数函数可得：
Figure BDA0002894271310000114
因此焊炉内环境温度T(x)为T1(x)与T2(x)的线性组合：
T(x)＝p·T1(x)+(1-p)·T2(x)
通过遍历P的值，可以确定P＝0.8时方差最小，函数最合适，如表4预测的炉温曲线与 拟合出的炉温曲线在不同P下的方差所示。
表4预测的炉温曲线与拟合出的炉温曲线在不同P下的方差
Figure BDA0002894271310000115
Figure BDA0002894271310000121
从而得到温度分布函数：
Figure BDA0002894271310000122
由于小温区9到小温区10的温度在5cm内从255C变化到了25℃，而小温区与冷却区的间隙只有5cm，考虑到温度不会在很小的区间内陡降，需要考虑小温区9到小温区10炉内环境温度热量是以逐渐扩散的方式传递的，同时考虑炉内环境温度在此区间内是线性变化的。
S204：总结S201、步骤S202、步骤S203，得出炉内环境温度分布T(x)。
根据以上分析，可以得到炉内环境温度分布函数：
Figure BDA0002894271310000123
S205：利用炉内环境温度分布T(x)与实验中测得焊接区域中心温度曲线f(x)得到最符合实际情况的焊接系数Q：
S2051：利用传感器等工具，测得得焊接区域中心温度曲线f1(x)。炉内环境温度分布T(x) 与某次实验中焊接区域中心温度曲线f(x)，如图4所示，炉温曲线的数据，各温区设定的温度分别为175℃(小温区1～5)、195℃(小温区6)、235℃(小温区7)、255℃(小温区8～9) 及25℃(小温区10～11)；传送带的过炉速度为70cm/min。回焊炉各温区炉内温度曲线与某次实验中测得的焊接区域中心温度曲线，如图4所示。
S2052：将实验中传感器测得的焊接中心区域温度曲线f1(x)与炉内环境温度分布T(x)代入公式(6)中，设置各个小温区的温度参数以及传送带过炉速度，并将前一区间预测的f(x)的温度末值赋值给后一区间预测的温度初始值，用matlab提供的常微分方程的数值求解ode45函数或者其他解差分方程的方法解出各个位置的解常微分方程。最小焊接系数Q求解流程图，如图5所示。
S2054：通过遍历焊接系数Q，利用作方差等方法挑选出与实验中测得焊接区域中心温度曲线f(x)最为相近的一组温度曲线，确定并评价最优焊接系数Q并绘制预测曲线。
利用f(x)拟合出不同Q值下的炉温曲线计算了不同Q值时，曲线与预测得到的炉温曲 线对应值的方差，得出Q＝-0.021时方差最小，即拟合的最好，图4取了三个Q值的曲线与预 测得出炉温曲线的拟合对比情况，表5是提取出的部分不同Q值情况下计算的曲线与预测得 出炉温曲线方差。
表5炉温曲线与拟合出的炉温曲线在不同Q下的方差
Figure BDA0002894271310000131
图6为随机实验中，焊接区域中心温度曲线与不同焊接系数Q预测的对比图。最佳焊接系数Q值确定后，任意条件下的焊接区域中心的温度变化情况都可以确定。
S301：在***中设置各小温区温度参数、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值、传送带速度区间等实际应用场景中的条件；
假设传送带过炉速度为78cm/min，各温区温度的设定值分别为173℃(小温区1～5)、198℃ (小温区6)、230℃(小温区7)和257℃(小温区8～9)，更改为上述参数就可以给定条件得到焊接区域中心的温度变化情况。利用得到的最佳焊接系数Q＝-0.021时绘制的其他给定条件下预测的焊接中心温度曲线，如图7所示。
各温区温度设定条件下，利用建立的焊接中心温度曲线模型，对速度从小到大每隔 0.1cm/min进行遍历，在所有温区温度确定、焊接中心温度曲线唯一的条件下可以找出符合表 1制程界限的最大传送带过炉速度，加快工业生产速度。
对于界限条件(1)、(2)，要求升降温速度不超过3℃/s，判断是否满足
Figure BDA0002894271310000132
如果不满足，则立即舍弃该速度；如果满足，则保存该速度；最后求出满足所有条件的一个速度最大值；
对于界限条件(3)，找到150℃和190℃对应的t1和t2，判断是否满足
60≤t2-t1≤120 (11)
如果不满足，则立即舍弃该t1和t2；如果满足，则保存该t1和t2；
对于界限条件(4)，找到两个217℃对应的t1和t2，判断是否满足
40≤|t2-t1|≤90 (12)
如果不满足，则舍弃该t1和t2；如果满足，则保存该t1和t2；
对于界限条件(5)，找到f(x)的最大值Tmax，判断是否满足
240≤Tmax≤250 (13)
如果不满足，则舍弃该Tmax；如果满足，则保存该Tmax。
步骤(2-2)：枚举速度，将焊接区域中心温度曲线T(x)离散化抽样保存到数组中，判断是否满足制程界限，记录速度区间并输出。传送带速度区间及最大速度求解流程图，如图8 所示。
假设各温区温度的设定值分别为182℃(小温区1～5)、203℃(小温区6)、237℃(小温区7)、254℃(小温区8～9)。按上述流程即可求出符合设置的传送带速度范围 65cm/min～75.4cm/min以及传送带最大速度vmax＝75.4cm/min。
在焊接过程中，焊接区域中心的温度超过217℃的时间不宜过长，峰值温度也不宜过高。本来锡膏是由金属锡粉，助焊剂等一些化学物品混合，但是其中的锡可以说是以很小的锡珠独立存在的，当经过回流焊炉这种设备后，经过了几个温区不同的温度后，在大于217摄氏度时，那些小的锡珠就会融化，经过助焊剂等物品的催化，使无数的小颗粒融为了一体，也就是说使那些小的颗粒重新回到了流动的液体状态，这个过程就是人们常说的回流，回流的意思就是锡粉由以前的固态重新回到液态，然后再由冷却区又重新回到固态的过程。理想的焊接中心温度曲线应使超过217℃到峰值温度所覆盖的面积(图9中阴影部分)最小。
S401：在***中设置各小温区温度预测区间、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值、传送带速度预测区间等实际应用场景中的条件。
S402：枚举时的各项参数如下：
(a)小温区1-5的炉内环境温度TT1以165℃为起点、步长5℃、185℃为终点；
(b)小温区6的炉内环境温度TT2以185℃为起点、步长5℃、205℃为终点；
(c)小温区7的炉内环境温度TT3以225℃为起点、步长5℃、245℃为终点；
(d)小温区8-9的炉内环境温度TT4以245℃为起点、步长5℃、265℃为终点；
(e)传送带速度v以60cm/min为起点、步长1cm/min、100cm/min为终点。
S403：枚举速度，将焊接区域中心温度曲线T(x)离散化抽样保存到数组中。同时遍历速度v以及小温区1-5、小温区6、小温区7、小温区8-9的温度的设定值TT1、TT2、TT3、TT4，对这五个条件枚举，计算对应的焊接区域中心温度曲线f(x)，选出符合界限的焊接中心温度曲线之后，对其温度大于217℃的部分求出其阴影面积
Figure BDA0002894271310000151
经过抽样离散后
Figure BDA0002894271310000152
判断是否满足制程界限，计算超过217℃部分的阴影面积，寻找使阴影面积最小的各小温区温度以及传送带速度并输出。超过217℃到峰值温度所覆盖的面积最小求解流程图，如图 10所示。最终求出符合制程界限并使阴影面积最小的焊接中心温度曲线所对应的温区及速度参数。阴影面积较小对应的温区及速度参数，如表6所示。
表6阴影面积较小对应的小温区以及速度参数
Figure BDA0002894271310000153
最优区间在TT1为185℃，TT2为200℃，TT3为240℃，TT4为265℃，速度为96cm/min附近时，取到最小面积为825.72cm2。在焊接过程中，除满足表1制程界限外，还希望以峰值温度为中心线的两侧超过217℃的焊接中心温度曲线应尽量对称(参见图9)。
S501：在***中设置各小温区温度区间、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值、传送带速度区间等实际生活中的条件。
在保证以峰值温度为中心线的两侧超过217℃的焊接中心温度曲线尽量对称。需要同时对 v、TT1、TT2、TT3、TT4，五个条件遍历，枚举时的各项参数如S402定义。
S502：通过对焊接中心温度曲线的离散化抽样，利用离散化抽样的方法按时间间隔t＝0.5s 抽样得到焊接中心温度曲线的离散化数组，通过遍历数组的首部与尾部，寻找出f(x)＝217℃临界点时刻的t1和t2，计算出临界点t1和t2到中心点
Figure BDA0002894271310000154
两侧对称区间每对炉温值的方差
Figure BDA0002894271310000155
从中挑选出既满足制程条件又能使方差最小、面积较小的最优解。锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间预测***流程图，如图11所示。按照上述流程图最终预测得到方差达到最小、阴影面积较小的方差较小对应的小温区以及速度参数，如表7所示。最优参数为：TT1为170℃，TT2为195℃，TT3为225℃，TT4为265℃，速度为85cm/min，最小方差为2040.87。
表7方差较小对应的小温区以及速度参数
Figure BDA0002894271310000161
S502：挑选两组预测结果进行可视化分析。
为了验证理论计算的结果的可靠性，对最终结果挑选了最优与任意一组这两组预测的焊接区域中心温度曲线进行可视化分析，选择温度大于217℃时的区域，以中值时间为对称轴，右侧向左翻转，如图12浅色部分即是面积的不重叠区，作差平方后得到用以评价不重叠面积大小的方差
Figure BDA0002894271310000162
从图12、图13上可以直观看出最优解的不重叠区面积明显小于任意一组焊接区域中心温度曲线对应的不重叠区面积，验证了方差对于对称区间评价的合理性。
最优解温度超过217℃部分的温度翻转图，如图12所示。
任意一组温度超过217℃部分的温度翻转图，如图13所示。
实施例二
本实施例提供了基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接***；
基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接***，包括：
获取模块，其被配置为：获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4 个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
预测曲线计算模块，其被配置为：根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
焊接模块，其被配置为：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
此处需要说明的是，上述获取模块、预测曲线计算模块和焊接模块对应于实施例一中的步骤S100至S300，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为***的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
所提出的***，可以通过其他的方式实现。例如以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
实施例三
本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述实施例一所述的方法。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
实施例四
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，包括：
获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
2.如权利要求1所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，所述方法还包括：
根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积最小参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积最小参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
3.如权利要求1所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，所述方法还包括：
根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
4.如权利要求1所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；具体包括：
对比热传导规律以及比热容公式，得出小温区焊炉内环境温度T(x)与焊接中心区域温度f(x)的一阶常微分方程；
利用Sigmoid函数在小温区与小温区之间的间隙过渡，得到平滑的区间温度过渡曲线函数；
对于温差大于设定阈值的小温区与小温区间隙，利用指数函数和一次函数进行线性组合，迫近实际的凹函数，得到温度分布函数：
根据所述一阶常微分方程、所述平滑的区间温度过渡曲线、温度分布函数、回焊炉的实际回流焊尺寸和温区数目，得到炉内环境温度分布T(x)；所述炉内环境温度分布T(x)，是指炉前区域、炉后区域和所有的小温区的回焊炉炉内环境温度分布函数；
基于炉内环境温度分布T(x)和焊接中心区域温度f(x)，得到最优焊接系数Q。
5.如权利要求1所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
设置各小温区温度参数、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值和传送带速度区间；
枚举速度，将焊接区域中心温度预测曲线离散化抽样保存到数组中，判断是否满足制程界限，遍历速度并记录满足条件的速度区间并输出。
6.如权利要求2所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积最小参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积最小参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
设置各小温区温度预测区间、最快升降温速度、温度与温度之间的时间、温度最大值和传送带速度预测区间；
枚举速度，将焊接区域中心温度预测曲线离散化抽样保存到数组中；
判断是否满足制程界限，计算超过217℃部分的阴影面积，寻找使阴影面积最小的各小温区温度以及传送带速度并输出。
7.如权利要求3所述的基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接方法，其特征是，根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间；根据所述锡膏融化时回流面积左右最对称参数区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接；具体包括：
设置各小温区温度区间、最快升降温速度、相邻两次实测之间的抽样时间间隔、温度最大值和传送带速度区间；
通过对焊接中心温度预测曲线的离散化抽样；利用离散化抽样，按抽样时间间隔t＝0.5s抽样得到焊接中心温度曲线的离散化数组；通过遍历数组的首部与尾部，寻找出f(x)＝217℃临界点时刻的t1和t2；计算出临界点t1和t2到中心点
Figure FDA0002894271300000021
两侧对称区间每对炉温值的方差
Figure FDA0002894271300000022
从中挑选出既满足制程条件又能使方差最小、面积较小的最优解；
挑选两组预测结果进行可视化分析。
8.基于回流焊焊接区域中心温度预测曲线的焊接***，其特征是，包括：
获取模块，其被配置为：获取回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目；所述回焊炉分4个大温区：预热区、恒温区、回流区和冷却区；每个大温区均包含若干个小温区；每个小温区，是指具有加热功能的连续加热区间；
预测曲线计算模块，其被配置为：根据回焊炉的实际回流焊尺寸和小温区数目，获取回流焊焊接区域中心温度预测曲线；
焊接模块，其被配置为：根据回流焊焊接区域中心温度预测曲线，预测设定温度参数下的速度区间；根据所述设定温度参数下的速度区间，对回焊炉中电路板上的电子元件进行焊接。
9.一种电子设备，其特征是，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。
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