CN114040531A - 一种基于变频微波装置的在线热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于变频微波装置的在线热处理方法，在整个微波加热过程中，由机器人握持加热枪设备完成，机器人由程序控制，沿预设轨迹对材料进行定向定点的大功率微波加热。并且，热处理过程能够通过温度反馈动态调整，能够调整加热位置以及微波照射时间。而且整个加热过程能够做到均匀、受控。这不仅大幅度缩短材料干燥固化时间，而且使得在线完成材料热处理生产新工艺成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及工业制造和产品批量生产过程中的在线生产工艺，尤其涉及一种基于变频微波装置的在线热处理方法。
背景技术
许多产品的工业制造过程中，材料的粘接固化、附着、干燥等工艺，往往需要高温环境热处理，这种热处理过程通常是将半成品、成品等送入高温箱、高温炉设备中在高温环境下烘烤一段时间。如：手机、平板电脑、汽车车身、内饰制造装配环节的结构胶干燥、橡胶制品缠绕金属网加热加固、漆面干燥、等等。此类热处理过程在大多数工艺流程中，均为离线处理形式，其原因主要是受限于热处理时间过长，材料无法在短时间内干燥固化，因此不利于采用在线生产的工艺流程，难以实现自动化流水线不间断生产，自动化程度不高。在现代化工业生产中，为了提高生产效率和经济效益，人们不断追求技术和工艺上的革新，技术发展使得更多生产中的离线环节转变为在线环节，这样做能够有效缩短生产节拍，减少上下料环节，减少人工介入，提高生产过程的自动化程度。此外，现有技术中的热处理往往会出现材料受热不均，从而出现局部过热等现象。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于变频微波装置的在线热处理方法，所述变频微波装置包括机器人和被所述机器人操控的变频微波加热枪，所述变频微波加热枪用于发射变频微波，所述在线热处理方法包括：
步骤S1：预处理待热处理的工件；如：结构组件涂胶、点胶，胶合边搭接等等工艺步骤；油漆面喷涂步骤；型材、管材外部加固网缠绕包裹步骤；
步骤S2：将所述待热处理的工件固定(例如通过工装夹具等方式)于预设位置，并将工件的所述预设位置信息和待加热区域信息发送给所述机器人；
步骤S3：所述变频微波加热枪在所述机器人的操控下，使所述变频微波加热枪保持在待热处理的工件的待加热区域上方，并且所述变频微波的微波发射方向垂直于待热处理的工件表面；
步骤S4：将需要所述变频微波装置执行的动作预先按先后顺序调整和编排并形成对应的计算机程序指令，当外部触发条件满足时，计算机程序指令指挥变频微波装置自动执行对应的动作；
步骤S5：当所述变频微波加热枪运动到待加热区域上方时，驻留一段时间并在该驻留时间内产生大功率变频微波，持续照射工件的表面；
步骤S6：实时采集工件的温度，以温度作为反馈量，所述机器人实时调整加热区域，和/或，所述变频微波加热枪实时调整该加热区域下一照射周期内变频微波的驻留照射时间和变频微波发射功率；
步骤S7：当所述待热处理的工件的所有加热区域的实时温度均达到预设温度值后，结束加热流程。
本领域技术人员可以理解的是，变频微波装置可以是变频微波加热炉，变频微波加热枪，或其他原理相似，形式不同，适合自动化流水线生产的变频微波加热装置等。优选地，采用变频微波加热枪，变频微波加热枪是一种新型的微波加热装置，具备体积小，重量轻，形状易于工业机器人握持操作等特点，结合微波天线设计，微波能量集中释放，轻易实现针对材料关键部位点状区域定点、逐点加热，实现材料的逐点瞬间干燥固化等热处理过程。
进一步地，在步骤S3中，所述变频微波加热枪保持在待热处理的工件的待加热区域上方1～2mm处。可选地，根据实际需要，适当调整所述变频微波加热枪的高度。
进一步地，所述预设加热轨迹与粘接胶合线、油漆面的喷涂区域以及型材或管材外部的加固网的网格线重合等，但不限于上述三种情形。示例地，本申请的在线热处理方法适用于电子产品结构组件的粘接胶合；油漆面的喷涂和干燥，以及汽车内饰材料粘接固定等在线热处理、非金属材料(高分子符合材料、橡胶材料等)型材、管材等制造过程中加强加固环节的在线生产热处理等生产工艺中。还适用于工业制造和产品批量生产过程中含有高温环境下结构性粘接固化环节、加强加固环节、涂层干燥环节等热处理过程，并且具有在线完成该热处理过程需求的生产工艺设计和工艺优化。
进一步地，所述变频微波加热枪能够沿着所述预设加热轨迹循环遍历所有加热区域，并且能够使所有加热区域均匀受热。优选地，所述预设加热轨迹为能够遍历所有加热区域的最短路径。
进一步地，所述待加热区域为点状、线状或平面区域。
进一步地，在步骤S6中，采用红外热像仪或光纤温度传感器实时采集工件的温度。
进一步地，驻留时间为5～20秒。
进一步地，在步骤S5中，所述大功率变频微波不小于100W。变频微波的功率上限根据实际情况进行设置，示例地，变频微波的功率上限为400W。
进一步地，所述变频微波是指微波信号频率在某一波段范围内随时间不停变化，且多个频率同时存在的具有一定带宽的频谱。
进一步地，所述变频微波为C波段微波、L波段微波、S波段微波、X波段微波、Ku波段微波、K波段微波或Ka波段微波。本领域技术人员可以理解的是，本申请的变频微波包括但不限于C波段微波、L波段微波、S波段微波、X波段微波、Ku波段微波、K波段微波或Ka波段微波，可选地，所述变频微波信号还可以为其他波段。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本申请提供的基于变频微波装置的在线热处理方法，在整个微波加热过程中，由机器人握持加热枪设备完成，机器人由程序控制，沿预设轨迹对材料进行定向定点的大功率微波加热。并且能够调整加热位置以及微波照射时间。而且整个加热过程能够做到均匀、受控。这不仅大幅度缩短材料干燥固化时间，而且使得在线完成材料热处理生产新工艺成为可能。该工艺适用于工业制造和产品批量生产过程中含有高温环境下结构性粘接固化环节、加强加固环节、涂层干燥环节等热处理过程，并且具有在线完成该热处理过程需求的生产工艺设计和工艺优化。如：手机、平板电脑等消费类电子产品结构组件粘接胶合、汽车内饰材料粘接固定等在线热处理、非金属材料(高分子符合材料、橡胶材料等)型材、管材等制造过程中加强加固环节的在线生产热处理、漆面干燥的在线热处理，等等。
附图说明
图1为本申请的基于变频微波装置的在线热处理方法的流程图；
图2为现有技术中采用的固定频率微波加热过程中材料内部出现局部区域过热现象；
图3为本申请采用的变频微波均匀加热过程中有效避免材料内部出现局部过热现象。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，可以指代不同的或相同的对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
实施例手机生产过程中各结构组件的粘接胶合的热处理过程
本实施例采用本申请的基于变频微波装置的在线热处理方法对电子产品(例如手机)生产过程中的各结构组件的粘接胶合进行在线热处理，所述变频微波装置包括机器人和连接于机器人的变频微波加热枪。
机器人包括本体、电源、第一控制器和连接于本体的操作臂。第一控制器用于控制机器人的操作臂的操作动作。加热枪设备连接于操作臂的末端。操作臂用于带动加热枪设备沿加热轨迹进行单向或双向运动。
变频微波加热枪包括第二控制器、变频微波发生器、微波衰减器、功率放大器和微波天线。第二控制器、变频微波发生器、微波衰减器、功率放大器和微波天线之间依次相互电连接。第二控制器用于控制所述变频微波发生器的启动、关闭和发射功率。变频微波发生器用于通过频率合成的方式，在第二控制器的控制下按要求产生变频微波信号。微波衰减器用于对变频微波发生器产生的变频微波信号进行衰减，并传输至功率放大器。功率放大器用于对衰减后的变频微波信号进行功率放大，输出大功率的变频微波信号。微波天线用于将大功率的变频微波信号辐射出去，从而在微波天线的前方小范围区域内形成电磁场并照射到待加热对象上，微波能量集中释放，轻易实现针对材料关键部位点状区域定点、逐点加热，实现材料的逐点瞬间干燥固化等热处理过程。所述第一控制器和所述第二控制器之间通信连接。电源用于对机器人和加热器设备进行供电。
如图1所示，本申请的基于变频微波装置的在线热处理方法具体包括以下步骤：
步骤1：预处理待热处理的工件：对手机的结构组件涂胶、点胶，胶合边搭接等等工艺步骤；
步骤2：固定工件并将预设信息发送给机器人：将所述待热处理的工件通过工装夹具等方式固定于预设位置，并将工件的所述预设位置信息和待加热区域信息发送给所述机器人的第一控制器；
步骤3：操作臂控制微波加热枪垂直悬空于待加热区域的上方：所述变频微波加热枪在所述机器人的操作臂的操控下，使所述变频微波加热枪的微波天线保持在待热处理的工件的待加热区域上方1～2mm处，并且所述变频微波的微波发射方向垂直于待热处理的工件表面；
步骤4：预先编排所述变频微波装置执行的所有动作：将需要变频微波装置执行的动作预先按先后顺序调整和编排并形成对应的计算机程序指令，当外部触发条件满足时，计算机程序指令指挥变频微波装置自动执行对应的动作。例如，根据所述待热处理的工件的所述预设位置信息和待加热区域信息对机器人操作臂的运动轨迹(即变频微波加热枪的预设加热轨迹，例如，预设加热轨迹与粘接胶合线重合)进行编排并形成对应的计算机程序指令，从而使所述机器人带动变频微波加热枪沿所述预设加热轨迹进行单程或往复运动。计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。所述预设加热轨迹能够实现以最短路径且最快速地遍历所有加热区域；
步骤5：变频微波照射待加热区域的表面：当所述变频微波加热枪沿着预设加热轨迹运动到待加热区域(例如待加热区域为点状、线状或平面区域)上方时，驻留一段时间并在该驻留时间内产生100W的大功率变频微波(C波段微波)，持续照射工件的表面，变频微波的微波信号频率在C波段范围内随时间不停变化，且多个频率同时存在的具有一定带宽的频谱；
步骤6：实时采集并调整参数：实时采集工件的温度，以温度作为反馈量，动态调节变频微波驻留照射时间和变频微波发射功率，示例地，采用温度传感器实时采集工件表面的温度，根据所述工件的实时温度，所述机器人实时调整更换加热区域，和/或，所述变频微波加热枪实时调整该区域下一照射周期内变频微波的驻留照射时间和变频微波发射功率；
步骤7：完成热处理过程：当所述待热处理的工件的所有加热区域的实时温度均达到预设温度值后，结束加热流程。
手机结构组件众多，结构性粘接点分布各处，传统生产工艺里，结构胶在常温环境下干燥固化时间漫长，即使利用高温环境干燥，通常也是采用热风、红外等方式将热量通过传导方式由外而内传递到胶合材料上。这样的工艺流程通常是离线形式下完成，而且干燥固化时间较长，自动化程度不高。现有技术中的热处理往往会出现材料受热不均，从而出现局部过热等现象(如图2所示)。
采用本专利提出的基于变频微波固化装置进行工艺革新后，使用机器人带动变频微波固化枪装置，首先，能够轻松实现对结构胶分布区域定向定点加热处理，单个结构胶分布的点状区域上，热处理效率提升显著，干燥固化时间大幅度缩减。其次，对于分布各处的结构胶固化点，能够通过机器人程序对材料加热路径合理分配，实现最短路径最速遍历等优化控制。第三，全过程程序控制，自动完成。整个粘接胶合热处理过程能够做到均匀(如图3所示)、受控。完全转变为高效、可控、可编程的自动化在线过程。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述变频微波装置包括机器人和被所述机器人操控的变频微波加热枪，所述变频微波加热枪用于发射变频微波，所述在线热处理方法包括：
步骤S1：预处理待热处理的工件；
步骤S2：将所述待热处理的工件固定于预设位置，并将工件的所述预设位置信息和待加热区域信息发送给所述机器人；
步骤S3：所述变频微波加热枪在所述机器人的操控下，使所述变频微波加热枪保持在待热处理的工件的待加热区域上方，并且所述变频微波的微波发射方向垂直于待热处理的工件表面；
步骤S4：将需要所述变频微波装置执行的动作预先按先后顺序调整和编排并形成对应的计算机程序指令，当外部触发条件满足时，计算机程序指令指挥变频微波装置自动执行对应的动作；
步骤S5：当所述变频微波加热枪运动到待加热区域上方时，驻留一段时间并在该驻留时间内产生大功率变频微波，持续照射工件的表面；
步骤S6：实时采集工件的温度，以温度作为反馈量，所述机器人实时调整加热区域，和/或，所述变频微波加热枪实时调整该加热区域下一照射周期内变频微波的驻留照射时间和变频微波发射功率；
步骤S7：当所述待热处理的工件的所有加热区域的实时温度均达到预设温度值后，结束加热流程。
2.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，在步骤S3中，所述变频微波加热枪保持在待热处理的工件的待加热区域上方1～2mm处。
3.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述预设加热轨迹与粘接胶合线、油漆面的喷涂区域以及型材或管材外部的加固网的网格线重合。
4.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述变频微波加热枪能够沿着所述预设加热轨迹循环遍历所有加热区域，并且能够使所有加热区域均匀受热。
5.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述待加热区域为点状、线状或平面区域。
6.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，在步骤S6中，采用红外热像仪或光纤温度传感器实时采集工件的温度。
7.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述驻留时间为5～20秒。
8.如权利要求1所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，在步骤S5中，所述大功率变频微波不小于100W。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述变频微波是指微波信号频率在某一波段范围内随时间不停变化，且多个频率同时存在的具有一定带宽的频谱。
10.如权利要求9所述的基于变频微波装置的在线热处理方法，其特征在于，所述变频微波为C波段微波、L波段微波、S波段微波、X波段微波、Ku波段微波、K波段微波或Ka波段微波。
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