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    激光錫焊解決方案

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    研發實驗室丨激光回流焊,快如閃電的激光錫焊工藝
    作者:武漢松爾德科技????? 發布日期:2022-01-10?

    激光錫焊的發展牽動著無數電子產品OEM廠的心,這種新型的非接觸選擇性錫焊工藝所帶來的效益更是無需過多言語。松爾德科技的實驗室為新技術的研發和心技術實驗數據的公開也自然不遺余力,只為激光應用更全面的開發造福更多實體制造業。

    今天松爾德科技實驗室為激光行業,或者說是激光錫焊行業帶來一款激光高速選擇性回流焊系統。

    激光高速選擇性回流焊系統的原理是,激光光束通過振鏡頭內的振鏡片在馬達帶動下高速的來回延軸旋轉,以此改變激光光束路徑,并經由F-THETA鏡完成聚焦達到焊接的目的。

    X-振鏡反射鏡的寬度是由光束的直徑所決定的。y-振鏡反射鏡的寬度應該等于X-振鏡反射鏡的長度。y-振鏡反射鏡的長度就是光束打在第二個鏡片上時同S1的距離,和最大入射角q  

    光的速度和光學畸變可導致聚焦點大小都大于最低衍射值。 大尺寸范圍需要使用長焦距鏡頭。相反的,這會導致更大的聚焦點,除非把光束直徑大小, 振鏡大小,和鏡頭直徑全部加大。

    一般的振鏡頭匹配的F-theta場鏡是掃描焊接的重要光學器件之一,如上所述,聚焦后的光斑直徑跟焦距成正比。當掃描面積達到一定的程度后,得到的光點直徑很大,也就是說聚得不夠細,激光的功率密度下降非??欤üβ拭芏雀獍咧睆降?次方成反比),不利于焊接。

    如下圖,假設近軸端與軸線重合的工作距離為S1,遠軸端最外側的工作距離為S2,很明顯可以看出,S1<S2,也就是說,場鏡中心到場鏡最外側工作距離逐漸增大,光斑也隨之變大。

    當我們利用上述的方式進行錫焊,很有可能近軸點和遠軸焊點因為光密度不一致導致焊接一致性無法保證,不僅如此,假設配備CCD同軸視覺,必然也會引起視覺畸變或者圖像失真、倍率失真等問題無法實現CCD準確識別。

    激光錫焊精度要求比較高,CCD視覺監測和視覺定位不能或缺,自然對光學系統的色差,像差,畸變有較高的要求。因此,在激光高速回流錫焊采用的f-theta鏡自然不能使用普通場鏡,需要將場鏡設計為遠心光學系統。

    遠心鏡頭(Telecentric)如下圖,主要是為糾正傳統工業鏡頭視差而設計,它可以在一定的物距范圍內,使得到的圖像放大倍率不會變化,這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應用。遠心鏡頭由于其特有的平行光路設計一直為對鏡頭畸變要求很高的機器視覺應用場合所采用。

    遠心工業鏡頭主要是為糾正傳統工業鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭,它可以在一定的物距范圍內,使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化,這對被測物不在同一物面上的情況是非常重要的應用。

    普通工業鏡頭目標物體越靠近鏡頭(工作距離越短),所成的像就越大。在使用普通鏡頭進行尺寸測量時,會存在如下問題:

    1)由于被測量物體不在同一個測量平面,而造成放大倍率的不同;

    2)鏡頭畸變大

    3)視差也就是當物距變大時,對物體的放大倍數也改變;

    4)鏡頭的解析度不高;

    5)由于視覺光源的幾何特性,而造成的圖像邊緣位置的不確定性。

    而遠心鏡頭就可以有效解決普通鏡頭存在的上述問題,而且沒有此性質的判斷誤差,因此可用在高精度測量、度量計量等方面。遠心鏡頭是一種高端的工業鏡頭,通常有比較出眾的像質,特別適合于尺寸測量的應用。

    無論何處,在特定的工作距離,重新調焦后會有相同的放大倍率,因為遠心鏡頭的最大視場范圍直接與鏡頭的光欄接近程度有關,鏡頭尺寸越大,需要的現場就越大。遠心測量鏡頭能提供優越的影像質素,畸變比傳統定焦鏡頭小,這種光學設計令影像面更對稱,可配合軟件進行精密測量

    普通鏡頭優點:成本低,實用,用途廣。

    普通鏡頭缺點:放大倍率會有變化,有視差。

    普通鏡頭應用:大物體成像。

    遠心鏡頭的優點:放大倍數恒定,不隨景深變化而變化,無視差。

    遠心鏡頭的缺點:成本高,尺寸大,重量重。

    遠心鏡頭的應用:度量衡方面,基于CCD方面的測量,微晶學

    松爾德科技的激光高速選擇性回流錫焊系統為了追求更高錫焊速度和高精度的CCD識別能力,對CCD視覺采光和紅外高溫計,激光,紅色指示光進行同軸融合,并在如上所述的遠心f-theta光學系統設置中對如上多種單色光進行消色差處理,在場鏡的有效范圍內,激光可以準確照射到焊盤上,焊點溫度能夠準確的反饋到系統進行處理,CCD能夠快速捕捉到焊盤。

     

    如上圖光學系統設計圖,整套光學系統在四個不同場間的點列圖,估算出四光同軸的色差消除偏差控制在200um以內,畸變量控制在0.091%左右,視覺的成像見右下角的電路板模擬的實物成像狀態。

    將上述設計經過工程化加工組裝完成并在實驗室完成一些列準備工作和輔助工作后,經過測試可以看到如下圖的實測圖像,他們分別記錄了在振鏡偏轉到不同位置時的陣列分布的實驗板焊點情況倍率大小、畸變,相差等因素。從圖片1、2、3、4中可以看出,振鏡不管偏轉到哪里,焊點大小幾乎無改變,并且四個角落以及焊盤幾乎看不到畸變的情況,成像非常清晰。

    下圖為松爾德科技激光高速選擇性回流焊系統結構圖。本套系統可以直接掛載產線或者機械手,或者三軸實驗平臺上等場合使用。搭載振鏡掃描頭和遠心光學系統的選擇性回流焊設備將錫焊速度提升至極致,解決多點不規則錫焊焊點的錫焊工藝提供了新的選擇。

     

    為了一站式解決工廠的實際需求,能夠讓電子OEM廠商能夠迅速投入產線使用,我們也推出了將本系統整合成自動化單機供電子廠升級設備直接使用,如圖:

    松爾德科技團隊在科學技術領域不斷投入研發,為全新技術不遺余力創新實踐,松爾德科技團隊也將保持初心,為企業帶來最好用的,滿足市場化需求的激光錫焊設備帶給客戶,將最好的研發成果分享給激光行業和電子行業。

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