CN113059248A - 带3d视觉测量仪的焊接观察模拟装置及方法和焊接装置 - Google Patents
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Abstract
带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，包括主控制器、温度检测装置、温度控制装置和3D视觉测量仪；温度检测装置获取的温度场信息中包括目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；主控制器接收温度控制指令，控制温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度；3D视觉测量仪获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像。依据3D测量影像获取焊接过程中电子线路板卡的尺寸变化信息；并根据尺寸变化调整焊接观察模拟装置内的温度场变化曲线，使温度场变化曲线调整到适宜焊接的状态。使试制新电子线路板卡的焊接效率和质量大大提升，特别适用于小批量定制化的电子线路板卡的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及电子线路板卡焊接装备领域，具体涉及一种焊接观察模拟装置和方法及装备有焊接观察模拟装置的SMT回流焊接装置。
背景技术
SMT(表面贴装技术)是广泛应用于微电子与半导体封装的现代工艺技术，线路板经锡膏印刷，表面贴片和热风回流焊接线路板，或者其他烤箱加热使元器件焊接在线路板的焊盘上。
现有技术中的SMT回流焊接装置通常主要聚焦于进行各区域温度的控制。由于回流过程中焊盘和元器件是由热风来加热，其升温过程受到诸如回流焊性能、元器件大小、焊盘和线路板材质等诸多因素的影响，使得一线工艺工程师只能根据所使用锡膏的温度回流曲线的要求设置回流焊的各上下温区温度，经过多次的试板，经线路板的功能测试等技术手段来确定某型线路板对于某种锡膏的特定温度回流曲线，而对应于各线路板上特定焊点和元器件在回流过程中的实际温度变化曲线，一直是SMT工艺中“黑箱”，是SMT工业中一线工程师的盲点。尤其是无法高效地面对5G和AI时代的小批量，多品种的线路板SMT工艺。
因此准确测定线路板上焊点和元器件在回流过程中温度变化，显得特别重要，申请号为CN2O12748975.9，申请名称为“回流焊机及其测温***”的专利申请中，提出了一种对回流元件的实际温度的测试方法，但只是简单记录了元器件在线路板上的温度变化，并没有具有对应工业回流焊接过程的模拟功能。
本发明针对SMT行业的这一痛点，发明了SMT回流过程的观察模拟装置和SMT回流焊接模拟方法，为我国SMT行业工艺的精确化，高效化提供了创新的方法和工具。本申请中的焊接观察模拟装置，首先提出对SMT回流焊接过程先行模拟，以尝试获取适宜目标电子线路板卡的最佳回流焊接温度曲线；借助各种装备获取目标电子线路板卡的状态信息，并将这些状态信息和温度信息进行综合，输出适宜的回流焊接温度曲线。
现有技术中，也有些SMT焊接装置设置有一些观察装置如高速摄像装置获取焊接过程中的影像；但是这些影像的质量不足以用于目标电子线路板卡的尺寸变化的监控，尤其是局部的焊点和元器件的状态变化。
现有技术中，如高速摄像装置获取焊接过程中的影像，通常是在焊接过程中或焊接完成后，由人工介入观察和分析才能知道焊接过程中电子线路板的状态变化。无法通过这些影像数据进行实时的焊接观察模拟装置内部的温度调控；因此当一个新的电子线路板卡进行焊接时，往往需要反复多次经历焊接观察过程才能获得较为理想的焊接观察模拟装置的温度控制曲线。焊接观察过程在新电子线路板卡焊接试制的过程时间较长，生产效率较低。对于大批量的电子线路板卡的生产，在批量生产之前进行这样的调整是时间和成本允许的。然而，现有技术的生产效率和成本显然不能满足个性化小批量高质量低成本的定制化电子线路板卡的制造需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术方案在个性化小批量高质量低成本的定制化电子线路板卡制造中的不足，而提出了一种能进行焊接状态监控的焊接观察模拟装置以及焊接观察模拟方法和SMT回流焊接装置，能在焊接过程中全面掌握温度场信息和尺寸信息，并能对上述信息进行综合分析利用，直接完成焊接温度闭环调整过程，大大提高了电子线路板卡的生产效率，节省了电子线路板卡试制的成本。
本申请解决上述技术问题的技术方案是一种焊接观察模拟装置，包括主控制器、温度检测装置、温度控制装置和3D视觉测量仪；温度检测装置、温度控制装置、3D视觉测量仪和高速摄像装置分别与主控制器电信号连接并受控于主控制器；温度检测装置用于获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，温度场信息中包括目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；温度控制装置用于控制焊接观察模拟装置内的温度；主控制器接收温度控制指令，并依据温度控制指令,控制温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度；3D视觉测量仪，用于获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像。
3D视觉测量仪获取目标电子线路板卡的3D测量影像，使目标电子线路板卡的状态信息更精确，能细致观察到每个焊点和每个元器件在焊接过程中的状态变化；同样温度场的信息也能全面获取，细致到每个焊点和每个元器件所在位置的温度；这样的影像信息和温度信息的获取，为精准定位到每个焊点和每个元器件的状态与温度之间的关系提供了基础。
3D视觉测量仪，连续或定期检测获取焊接过程中目标电子线路板卡的3D测量影像；主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像；计算目标电子线路板卡尺寸变化信息；并向外输出目标电子线路板卡尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息。
连续或定期获取的目标电子线路板卡的3D测量影像，提供了不同时间点的3D测量影像。通过不同时间点的3D测量影像信息，可以获知经历一段时间后目标电子线路板卡的上各焊点和各元器件的状态变化。这些变化中，有些不仅肉眼可见，为人为参与分析提供了素材。有些变化还能通过主控器或其他计算机进行数字化计算获取更精准的尺寸变化信息数据。尺寸变化信息数据包括了焊点的体积变化信息、面积变化信息，或元器件的位置状态信息；信息数据对应了焊点在焊接熔融过程中焊点和元器件的具体状态变化，通常这些状态变化都是由于温度作用引起的。因此当出现尺寸变化信息数据异常，如设定时间内某一尺寸数据变化超过阈值时，往往对应了焊接装置内的温度管理异常。这些数据为后续的温度调整提供了准确的数据化依据。
3D视觉测量仪获取的目标电子线路板卡3D测量影像包括目标电子线路板卡在空间三轴方向的尺寸信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括空间三轴方向的尺寸变化信息；所述3D视觉测量仪获取的3D测量影像中尺寸的精度范围是1微米至20微米。
空间三轴方向的尺寸信息可以更全面地在各个空间维度上获取目标电子线路板卡上焊点和元器件的状态信息；3D测量影像中尺寸的精度范围是1微米至20微米，意味着可以进行微米级的观察和精细化调整。
3D视觉测量仪获取的3D测量影像是具有3D特征数据，使后续的主控器或其他电子计算设备能利用这些3D视觉测量特征数据获取目标电子线路板卡上的特征变化。这些特征变化包括目标电子线路板卡整体三维尺寸的变化；目标电子线路板卡上各个各元器件三维尺寸的变化；目标电子线路板卡上各焊点的尺寸变化。目标电子线路板卡整体三维尺寸的变化；目标电子线路板卡上各个各元器件三维尺寸的变化可以获知焊接温度对板卡和各元器件的影响；各焊点的尺寸的变化可以获知焊料在焊接过程中的变化，包括焊料的熔融状态。
三维尺寸变化信息，可以精确到各个不同维度上的尺寸测量。相应地，能在不同的空间维度上进行尺寸变化管控和温度变化管控。能更加立体化地通过温度管理来进行尺寸变化的管理。
主控制器根据收到的目标电子线路板卡的3D测量影像或目标电子线路板卡的尺寸变化信息，以及焊接观察模拟装置内的温度场信息，进行目标电子线路板卡的3D测量影像和温度场信息的匹配运算；当目标电子线路板卡的尺寸变化大于设定的焊接尺寸变化阈值，主控制器计算获取温度场目标调控温度，并向温度控制装置输出调整温度控制指令，温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度达到温度场目标调控温度。
温度场信息结合尺寸变化信息，主控器能实时闭环地进行温度调节，实时的温度调节使尺寸变化管理能及时进行；焊接观察模拟装置在试制过程中的效率会因此大大提升。而不必像现有技术中，人为介入识别目标电子线路板卡在不同温度下的状态变化信息，也不必像现有技术中，人为设置目标调控温度。在本申请中，焊接观察模拟装置可以通过已有的焊接模型自动地进行温度调整。或者通过温度调整过程中，尺寸变化和温度场信息的记录匹配建立尺寸变化和温度场信息关联的焊接模型，在后续的焊接过程中，利用尺寸变化和温度场信息关联的焊接模型，进行温度和尺寸变化的管理。
上述焊接观察模拟装置，还包括高速摄像装置，用于获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡外部视觉影像；目标电子线路板卡的外部视觉影像信息中包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的影像；高速摄像装置，连续获取焊接过程中目标电子线路板卡外部视觉影像；主控制器依据高速摄像装置所获取多个时刻的目标电子线路板卡各焊点和各元器件的外部视觉影像；3D视觉测量仪测量、计算目标电子线路板卡各焊点尺寸变化和面积变化，及计算目标电子线路板卡各元器件尺寸变化和状态变化。
高速摄像机获取的外部视觉影像数据和3D视觉测量仪获取的3D测量影像数据互为补充。3D测量影像数据即三维影像数据和二维影像数据互相补充，能获得更准确和完备的目标电子线路板的状态信息，如焊点的熔融状态，各元器件是否有翘起，竖立，以及板卡整体或局部的变形情况。且这些影像数据在同一***中，时间对应关系明确，在必要时候，可随时调取分析当前时刻的其他影像数据来互相印证状态，确保判断的准确性。在必要时候，这些数据可以存放在数据库中，用于后续目标电子线路板卡的焊接过程建模。
所述温度检测装置，温度测量的范围是25摄氏度至350摄氏度；温度测量的精度范围是正负2摄氏度。温度测量范围和测量精度根据不同的焊接形式和目标线路板的焊接需求可以做调整，在此不再赘述。
所述温度控制装置包括可调温热风发生器、热风通道和热风回流通道；可调温热风发生器和主控制器电信号连接，并接受主控制器的控制；热风通道的一端和焊接观察模拟装置的内部空间联通，热风通道的另一端与可调温热风发生器联通；可调温热风发生器输出温度可调节的热空气，热空气经由热风通道进入焊接观察模拟装置内部，热空气从焊接观察模拟装置内流出后经由热风回流通道进入可调温热风发生器。
所述可调温热风发生器采用氮气或空气作为气源；在热风通道和/或热风回流通道上设置有微量氧分析仪，用于监控热风通道和/或热风回流通道中气体的氧含量。氧含量的检测能更好地获知，焊接过程中焊接环境中的氧气浓度对焊接的影响程度，以便实时调整氧气含量，使焊接能达到期望的状态。当然理想情况可以采用纯氮气或真空作为焊接背景，就无需进行氧含量检测；但是在使用空气作为焊接背景的情况下，氧气浓度的检测还是具有实际的意义，也能提高焊接过程效率。
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为真空焊接观察模拟装置；所述真空焊接观察模拟装置还包括抽真空通道和真空泵；真空泵用于将焊接观察模拟装置内部空间抽成负压真空状态；抽真空通道的一端和焊接观察模拟装置内部空间联通，抽真空通道的另一端与真空泵的抽气端联通。
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为激光焊接观察模拟装置；焊接观察模拟装置内部空间中设置有可移除的板卡移动平台，用于目标电子线路板在焊接过程中的位置移动；目标电子线路板卡被安装在板卡移动平台上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动。目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台沿互相垂直的三个方向运动的尺寸范围（分别是200毫米，200毫米和150毫米。
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，还包括X射线成像装置；X射线成像装置与主控制器电信号连接，受控于主控制器；X射线成像装置用于获取焊接过程中目标电子线路板卡内部影像；目标电子线路板卡内部影像包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；目标电子线路板卡所处的焊接空间中设置有可移除的板卡移动平台；目标电子线路板卡被安装在板卡移动平台上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动；目标电子线路板卡可以移动目标电子线路板卡，使目标电子线路板卡上的目标焊点进入X射线成像装置的观测区间。
X射线成像装置，连续或定期获取焊接过程中目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；主控制器依据目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像和/或目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件内部的气泡状态信息。X射线成像装置能获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件内部的影像信息，结合目标电子线路板卡上各焊点和各元器件外部的影像特征，可以非常准确地定位出目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化是内部产生了气泡而发生了变化，还是单纯是外部的尺寸发生了变化。由此也可以用来评估焊接材料在焊接过程中的表现。
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，还设置有显示器和数据库；数据库和主控制器电信号连接，用于存储收到的目标电子线路板卡的3D测量影像数据、目标电子线路板卡的尺寸数据、温度场信息数据；显示器用于显示3D测量影像数据及温度场信息数据。
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，还包括箱体；主控制器设置在箱体外；温度检测装置中的温度传感器分布在箱体内，或温度检测装置中的温度传感器设置在箱体的顶部；3D视觉测量仪和高速摄像装置设置在朝向目标电子线路板卡的箱体的内壁上。
本申请解决上述技术问题的技术方案还可以是一种焊接观察模拟方法，基于上述的焊接观察模拟装置，包括以下步骤：步骤1：在目标电子线路板卡焊接过程中，获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；步骤2：利用3D视觉测量仪连续或定期获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像；步骤3：主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像，计算目标电子线路板卡在焊接过程中的尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息；步骤4：主控制器判断目标电子线路板卡上任一指定焊点和/或各元器件的尺寸变化是否超过设定阈值，若目标电子线路板卡上任一指定焊点和/或各元器件的尺寸变化超过设定阈值，则输出调整温度控制指令，温度控制装置执行调整温度控制指令，调整焊接观察模拟装置内的温度，直到目标电子线路板卡上任一指定焊点和各元器件的尺寸变化在设定阈值范围之内，此时的温度为目标温度。
所述的焊接观察模拟方法，还包括步骤5：记录步骤4中获得的目标温度数据，输出回流焊接目标温度曲线。
本申请解决上述技术问题的技术方案还可以是一种焊接装置，该焊接装置是SMT回流焊接装置，包括上述的焊接观察模拟装置。
同现有技术相比较，本申请的有益效果是：通过引入3D视觉测量仪和温度检测装置和温度控制装置，能完整获取焊接过程中电子线路板卡的尺寸变化信息和详细到每个焊点和每个各元器件的温度场变化信息；并能根据电子线路板卡的尺寸变化的细节调整焊接观察模拟装置内的温度场，使温度场调整到适宜焊接的状态。电子线路板卡的尺寸变化检测过程和温度场调控过程自动化使试制新的电子线路板卡的效率大大提升，特别适用于小批量定制化的电子线路板卡的焊接。
附图说明
图1是带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置的优选实施例一的示意框图；
图2是带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置的优选实施例二的示意框图；
图3是带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置的优选实施例三的示意框图；
图4是焊接观察模拟装置箱体顶面的俯视示意框图。
具体实施方式
以下结合各附图对本申请内容做进一步详述。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，控制器就是主控制器。图1中字母A表示侧面高速摄像机，设置在箱体100的一侧壁121上；字母F表示垂直高速摄像机，设置在箱体100的顶面110内壁上，顶面110可以是透明材质如玻璃制成的，顶面也可以是非透明材质制成的。图中字母附近的黑点表示有这样的装置，大致装配在焊接观察模拟装置箱体相应的位置上，以能方便获取箱体内的各种观测信息。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，字母D表示3D视觉测量扫描仪，3D视觉测量扫描仪即3D视觉测量仪设置在箱体100的顶面110上；3D视觉测量扫描仪可以嵌合在顶面110内，也可以设置在顶面110的上方。3D视觉测量扫描仪获得的3D视觉测量扫描信号传送至计算机中的主控制器，并通过显示器显示3D测量影像信息。3D视觉测量仪获得的3D视觉测量扫描信号，是焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像信号。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，3D视觉测量仪连续或定期检测获取焊接过程中目标电子线路板卡的3D测量影像；主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像；计算目标电子线路板卡尺寸变化信息；并向外输出目标电子线路板卡尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息。3D视觉测量仪获取的目标电子线路板卡的3D测量影像包括目标电子线路板卡在空间三轴方向的尺寸；尺寸变化信息包括空间三轴方向的尺寸变化信息；所述3D视觉测量仪获取的3D测量影像中尺寸的精度范围是1微米至20微米。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，温度检测装置包括测温仪，温度测量的范围是25摄氏度至350摄氏度；温度测量的精度范围是正负2摄氏度。在图1中，字母B表示热风温度控制传感器，用于获取箱体内近热风出口处的温度。字母J表示布置在箱体内的多个温度传感器，用于获取箱体多点的温度信息。字母E表示测温仪，测温仪包括红外热成像仪，用于获取目标电子线路板卡230的温度场信息。热成像仪的传感器或探头，可以设置在模拟装置箱体内部，也可以设置在模拟装置箱体的外部；设在模拟装置箱体外部时，箱体的顶面或顶壁是透明的。
如图4所示的实施例中，显示了箱体顶面的俯视示意图，字母E表示测温仪，该测温仪包括红外热成像仪；字母D表示是3D视觉测量扫描仪即3D视觉测量仪；字母F表示是设置在箱体上部的在垂直方向上进行摄像的快速摄像机；字母G是激光焊枪，用于激光焊接。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，所述温度控制装置包括可调温热风发生器、热风通道和热风回流通道；热风通道的一端和焊接观察模拟装置的内部空间联通，热风通道的另一端与可调温热风发生器联通；可调温热风发生器输出温度可调节的热空气，热空气经由热风通道进入焊接观察模拟装置内部，热空气从焊接观察模拟装置内出来后经由热风回流通道进入可调温热风发生器；可调温热风发生器和主控制器电信号连接，并接受主控制器的控制。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，还包括两个高速摄像装置。图1中字母A表示侧面高速摄像机，设置在箱体100的一侧壁121上；字母F表示垂直高速摄像机，设置在箱体100的顶面110内壁上；用于获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡外部视觉影像；目标电子线路板卡的影像信息中包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的影像；高速摄像装置，连续获取焊接过程中目标电子线路板卡外部视觉影像；主控制器依据高速摄像装置所获取多个时刻的目标电子线路板卡各焊点和各元器件的外部视觉影像；计算目标电子线路板卡各焊点尺寸变化和面积变化，及计算目标电子线路板卡各元器件尺寸变化和状态变化。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，温度检测装置、温度控制装置、3D视觉测量仪和高速摄像装置分别与主控制器电信号连接并受控于主控制器；温度检测装置用于获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，温度场信息中包括目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；温度控制装置用于控制焊接观察模拟装置内的温度；主控制器接收温度控制指令，并依据温度控制指令控制温度控制装置，调整焊接观察模拟装置内的温度。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，主控制器根据收到的目标电子线路板卡的3D测量影像或目标电子线路板卡的尺寸变化信息、温度场信息，进行目标电子线路板卡的3D测量影像和温度场信息的匹配运算；当目标电子线路板卡的尺寸变化大于设定的阈值，主控制器计算获取温度场目标调控温度，并向温度控制装置输出调整温度控制指令，温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度达到温度场目标调控温度。
如图1所示的焊接观察模拟装置实施例中，所述可调温热风发生器采用氮气或空气作为气源；在热风通道和/或热风回流通道上设置有微量氧分析仪，用于监控热风通道和/或热风回流通道中气体的氧含量。
如图2所示的焊接观察模拟装置实施例中，在某些高端焊接的场景中，所述可调温热风发生器采用氮气或空气作为气源的同时，也可以在气源中加入甲酸进行助焊。
如图2所示的焊接观察模拟装置实施例中，所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为真空焊接观察模拟装置；图中字母H为抽真空的真空通道和箱体的连接点示意；所述真空焊接观察模拟装置还包括抽真空通道和真空泵；真空泵用于将焊接观察模拟装置内部空间抽成负压真空状态；抽真空通道的一端和焊接观察模拟装置内部空间联通，抽真空通道的另一端与外部联通。
如图2所示的焊接观察模拟装置实施例中，包含了几种SMT回流焊接装置的加热方式，包括平板电热平台加热焊接方式，也包括气体回流加热方式，也包括真空焊接方式，也包括激光焊接方式；在必要时，可以选择其中任意一种或多种焊接方式进行组合，形成一个具有多种焊接场景观察和模拟能力的焊接观察模拟装置。图2若采用平板电热平台加热焊接方式，则图中的标号200为普通回流焊接平台，标号210为线路板承载平台，标号220为加热平板。加热平板220发热用于目标电子线路板卡230焊接。
如图2所示的焊接观察模拟装置实施例中，所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为激光焊接观察模拟装置；图中字母G为用于激光焊接的激光发射枪；焊接观察模拟装置内部用于目标电子线路板的焊接空间中设置有可移除的板卡移动平台210；目标电子线路板卡230被安装在板卡移动平台210上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动，使每个需要焊接的焊点都能曝露在激光发射枪的激光焊点作用范围内完成激光焊接。目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台沿互相垂直的三个方向运动的尺寸范围是分别200毫米，200毫米和150毫米。
如图3所示的焊接观察模拟装置实施例中，还包括X射线成像装置；X射线成像装置包括X-ray发射器280和X-ray接收器；图3中标号K表示X-ray接收器，X-ray发射器280设置在板卡移动平台210的下方，X-ray发射器280发出的X射线依次穿越板卡移动平台210和目标电子线路板卡230，进入X-ray接收器，X-ray接收器将获得的X-ray反馈信号传送至主控制器，进行计算获取目标电子线路板卡230的X-ray影像，即目标电子线路板卡的内部影像。X-ray接收器K设置在箱体的顶面的底部。在使用X射线成像装置时，可以针对单一焊点进行内部影像的获取，目标电子线路板卡230可以在板卡移动平台210移动。
如图3所示的焊接观察模拟装置实施例中，X射线成像装置与主控制器电信号连接，受控于主控制器；X射线成像装置用于获取焊接过程中目标电子线路板卡内部影像；目标电子线路板卡内部影像包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；目标电子线路板卡所处的焊接空间中设置有可移除的板卡移动平台；目标电子线路板卡被安装在板卡移动平台上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动；目标电子线路板卡可以移动目标电子线路板卡，使目标电子线路板卡上的目标焊点进入X射线成像装置的观测区间。
如图3所示的焊接观察模拟装置实施例中，X射线成像装置，连续或定期获取焊接过程中目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；主控制器依据目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像和/或目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件内部的气泡状态信息。
如图1至图3所示的焊接观察模拟装置实施例中，还包括箱体100；主控制器设置在箱体外；温度检测装置中的温度传感器分布在箱体内，或温度检测装置设置在箱体的顶部；温度控制装置的一端和主控制连接，温度控制装置的另一端和箱体内部连通，温度控制装置将气流送入箱体，以控制箱体内的温度；3D视觉测量仪和高速摄像装置设置在朝向目标电子线路板卡的箱体的内壁上。
在一些附图中未显示的实施例中，还设置有显示器和数据库；数据库和主控制器电信号连接，用于存储收到的目标电子线路板卡的3D测量影像数据、目标电子线路板卡的尺寸数据、温度数据；显示器用于显示影像及温度场信息。本申请中，主控制器中设置有数据库接口，可建立丰富的焊接过程参数的数据库，数据库中的数据可以进行深度挖掘应用，建立焊接模型。在有同类焊接元素，如同类板卡，或同类各元器件可以一开始就具有相对适宜的回流焊温度曲线，也能提高焊接模拟过程和或焊接过程的效率。
在一些附图中未显示的焊接观察模拟方法实施例中，基于上述任意一项所述的焊接观察模拟装置；包括以下步骤：步骤1：在目标电子线路板卡焊接过程中，获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；步骤2：利用3D视觉测量仪连续或定期获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像；步骤3：主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像，计算目标电子线路板卡在焊接过程中的尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息；步骤4：主控制器判断目标电子线路板卡上任一指定焊点和各元器件的尺寸变化是否超过设定阈值，若目标电子线路板卡上任一指定焊点和各元器件的尺寸变化超过设定阈值，则输出调整温度控制指令，温度控制装置执行调整温度控制指令，调整焊接观察模拟装置内的温度，直到目标电子线路板卡上任一指定焊点和各元器件的尺寸变化在设定阈值范围之内，此时的温度为目标温度。还包括步骤5：记录步骤4中获得的目标温度数据，输出回流焊接目标温度曲线。
在一些附图中未显示的SMT回流焊接装置的实施例中，包括上述的焊接观察模拟装置。
本申请中，带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，包括主控制器、温度检测装置、温度控制装置和3D视觉测量仪；温度检测装置获取的温度场信息中包括目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；主控制器接收温度控制指令，控制温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度；3D视觉测量仪获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像。依据3D测量影像获取焊接过程中电子线路板卡的尺寸变化信息；并根据尺寸变化调整焊接观察模拟装置内的温度场变化曲线，使温度场变化曲线调整到适宜焊接的状态。使试制新电子线路板卡的焊接效率和质量大大提升，特别适用于小批量定制化的电子线路板卡的焊接。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (17)
1.一种带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
包括主控制器、温度检测装置、温度控制装置和3D视觉测量仪；
温度检测装置、温度控制装置和3D视觉测量仪分别与主控制器电信号连接，并受控于主控制器；
温度检测装置用于获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，温度场信息中包括目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；
温度控制装置用于控制焊接观察模拟装置内的温度；
主控制器接收温度控制指令，并依据温度控制指令,让温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度；
在焊接过程中，3D视觉测量仪，用于获取焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像。
2.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
3D视觉测量仪，连续或定期检测获取焊接过程中目标电子线路板卡的3D测量影像；
主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像，计算目标电子线路板卡尺寸变化信息，并向外输出目标电子线路板卡尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息。
3.根据权利要求2所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
3D视觉测量仪获取的目标电子线路板卡的3D测量影像中包括目标电子线路板卡在空间三轴方向的尺寸信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括空间三轴方向的尺寸变化信息；
所述3D视觉测量仪获取的3D测量影像中尺寸的精度范围是1微米至20微米。
4.根据权利要求2所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
主控制器根据收到的目标电子线路板卡的3D测量影像或目标电子线路板卡的尺寸变化信息，以及焊接观察模拟装置内的温度场信息，进行目标电子线路板卡的3D测量影像和温度场信息的匹配运算；
当目标电子线路板卡的尺寸变化大于设定的焊接尺寸变化阈值，主控制器计算获取温度场目标调控温度，并向温度控制装置输出调整温度控制指令，温度控制装置调整焊接观察模拟装置内的温度达到温度场目标调控温度。
5.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
还包括高速摄像装置，用于获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡外部视觉影像；目标电子线路板卡的外部视觉影像信息中包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的视觉测量影像；
高速摄像装置，连续获取焊接过程中目标电子线路板卡外部视觉测量影像；主控制器依据高速摄像装置所获取多个时刻的目标电子线路板卡各焊点和各元器件的外部视觉测量影像；计算目标电子线路板卡各焊点尺寸变化信息和面积变化信息，及计算目标电子线路板卡各元器件尺寸变化信息和状态变化信息。
6.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
所述温度控制装置包括可调温热风发生器、热风通道和热风回流通道；可调温热风发生器和主控制器电信号连接，并接受主控制器的控制；
热风通道的一端和焊接观察模拟装置的内部空间联通，热风通道的另一端与可调温热风发生器联通；可调温热风发生器输出温度可调节的热空气，热空气经由热风通道进入焊接观察模拟装置内部，热空气从焊接观察模拟装置内流出后经由热风回流通道进入可调温热风发生器。
7.根据权利要求6所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
所述可调温热风发生器采用氮气或空气作为气源；在热风通道和/或热风回流通道上设置有微量氧分析仪，用于监控热风通道和/或热风回流通道中气体的氧含量。
8.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为真空焊接观察模拟装置；
所述真空焊接观察模拟装置还包括抽真空通道和真空泵；
真空泵用于将焊接观察模拟装置内部空间抽成负压真空状态；
抽真空通道的一端和焊接观察模拟装置内部空间联通，抽真空通道的另一端与真空泵的抽气端联通。
9.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置为激光焊接观察模拟装置；
焊接观察模拟装置内部空间中设置有可移除的板卡移动平台，用于目标电子线路板在焊接过程中的位置移动；
目标电子线路板卡被安装在板卡移动平台上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动；使目标电子线路板卡上的焊点曝露在激光焊接作用的焊接区间范围内。
10.根据权利要求9所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台沿互相垂直的三个方向运动的尺寸范围是分别200毫米，200毫米和150毫米。
11.根据权利要求1所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
还包括X射线成像装置；
X射线成像装置与主控制器电信号连接，受控于主控制器；
X射线成像装置用于获取焊接过程中目标电子线路板卡内部影像；目标电子线路板卡内部影像包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；
目标电子线路板卡所处的焊接空间中设置有可移除的板卡移动平台；目标电子线路板卡被安装在板卡移动平台上之后，目标电子线路板卡能跟随板卡移动平台分别沿互相垂直的两个方向运动；
目标电子线路板卡可以移动目标电子线路板卡，使目标电子线路板卡上的目标焊点进入X射线成像装置的观测区间。
12.根据权利要求11所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
X射线成像装置，连续或定期获取焊接过程中目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像；
主控制器依据目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的内部影像和/或目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件内部的气泡状态信息。
13.根据权利要求4所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
还设置有显示器和数据库；
数据库和主控制器电信号连接，用于存储收到的目标电子线路板卡的3D测量影像数据、目标电子线路板卡的尺寸数据、温度场信息数据；
显示器用于显示3D测量影像数据及温度场信息数据。
14.根据权利要求5所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置，其特征在于，
还包括箱体；主控制器设置在箱体外；
温度检测装置中的温度传感器分布在箱体内，或温度检测装置中的温度传感器设置在箱体的顶部；
3D视觉测量仪和高速摄像装置设置在朝向目标电子线路板卡的箱体的内壁上。
15.一种焊接装置，是SMT回流焊接装置，其特征在于，
包括权利要求1至14中任意一项所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置。
16.一种焊接观察模拟方法，其特征在于，
基于权利要求1至14中任意一项所述带3D视觉测量仪的焊接观察模拟装置；
包括以下步骤：
步骤1：在目标电子线路板卡焊接过程中，获取焊接观察模拟装置内的温度场信息，获取目标电子线路板卡各焊点和各元器件的温度信息；
步骤2：利用3D视觉测量仪连续或定期获取焊接过程中焊接观察模拟装置内的目标电子线路板卡的3D测量影像3D测量影像；
步骤3：主控制器依据3D视觉测量仪所获取多个时刻的目标电子线路板卡的3D测量影像，计算目标电子线路板卡在焊接过程中的尺寸变化信息；目标电子线路板卡尺寸变化信息包括目标电子线路板卡上各焊点和各元器件的尺寸变化信息；
步骤4：主控制器判断目标电子线路板卡上任一指定焊点和/或各元器件的尺寸变化是否超过设定阈值，若目标电子线路板卡上任一指定焊点和/或各元器件的尺寸变化超过设定阈值，则输出调整温度控制指令，温度控制装置执行调整温度控制指令，调整焊接观察模拟装置内的温度，直到目标电子线路板卡上任一指定焊点和各元器件的尺寸变化在设定阈值范围之内，此时的温度为目标温度。
17.根据权利要求16所述的焊接观察模拟方法，其特征在于，
还包括步骤5：记录步骤4中获得的目标温度数据，输出回流焊接目标温度曲线。
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