专利名称：一种波峰焊参数的采集系统、采集卡及其采集方法
技术领域：
本发明涉及一种波峰焊炉的监控装置及方法，尤其涉及的是一种波峰焊参数的采集系统、采集卡及其方法。
背景技术：
目前在各电子元器件的焊接制程中，特别是规模化量产过程中，波峰焊性能及参数的调整状态将直接影响到产品质量及其可靠性，如何降低焊接疵点率、提高焊接质量，使波峰焊设备长期处于最佳的工作参数状态，一直是波峰焊焊接制程中需要研究的课题，而如何提高波峰焊参数的监测工艺管控水平是前提，要根据尽可能监测到多方位科学精确的参数量，并对它们进行实时分析，才能将不合理点对波峰焊炉实施调整。
波峰焊技术是一种受许多因素影响的复杂工艺，电路板要经过涂敷助焊剂、预加热和焊接工艺，此流程需要综合运用化学、热学、物理学、板材、板材设计和布局等多方面知识，因此为各种应用选择正确的工艺参数极为重要，因为这些变量彼此之间互相影响。
当前国内电子企业对波峰焊炉的工艺监测管控现状为①、针对波峰温度采用每隔1.5小时人工用温度棒伸到波峰焊熔锡中测量，测量后的值由手工记录到纸上。其缺点很明显，测量时要打开炉体防护窗，此环境下作业测量对人体(松香味、温度热传导等)有一定影响；温度棒受人工控制，测量深度和测量区域不同都会得出不同值；无法测量预热温度和冷却点温度，即得不到预热温升和冷却速率，参数测量不全面；要求每隔一段时间测量记录到纸上，不能有效监测员工是否进行了测试，虚假数据将反映不了锡炉的实际状态；测量数据不能共享，不能实时实现曲线分析，对波峰焊调整也只能做到局部。
②、针对锡炉链速锡炉链速和焊锡波峰高度、导轨倾角等都会影响焊接的时间，目前只是通过炉体仪表盘读数显示来控制，由于锡炉长期运行及非专业设备维修维护会导致仪表盘不能反映实际链速，另外测量信息不能实时共享监测，有个别线体为了追求高产调高了链速生产，就会导致焊接时间得不到保证，填写记录也是虚假数据。
③、针对浸焊时间之前还没有发现一种能科学准确测量焊接时间的装置，由于焊接时间受几个方面的锡炉参数的影响，如控制好了链速，波峰高度单凭人工肉眼观测判断是否要加锡条增加高度或调高焊锡喷高高度，以上都不能准确反映实际产量过波峰时的实际浸焊时间。
因此，现有技术处于技术的原始状态，还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波峰焊参数的采集系统、采集卡及其采集方法，解决上述现有技术问题，提供一种能够数据共享，自动准确监测的参数采集系统和方法。
本发明的技术方案包括一种波峰焊参数的采集系统，其特征在于，其包括一采集卡，用于在波峰焊锡炉内的焊接过程中采集数据；以及一数据接口，用于与远程电脑主机通讯连接；一波峰焊参数分析软件，用于运行在所述远程电脑主机上，对所采集到的数据进行处理和显示；并且所述采集卡上还设置有一MCU，用于控制整个数据采集和传输过程，并控制连接至少一热电偶以及至少两组探针；所述热电偶用于感测温度；所述两组探针间隔预定距离设置，用于感测浸焊时间及锡炉链速；以及一存储单元，用于存储所采集到的数据；一电池，用于系统供电。
所述的系统，其中，所述数据接口为串行接口，用于由所述MCU控制上传所述存储单元中采集的数据。
一种波峰焊参数的采集系统的采集卡，其特征在于，包括一MCU，用于控制整个数据采集和传输过程，并控制连接至少一热电偶以及至少两组探针；所述热电偶用于感测温度；所述两组探针间隔预定距离设置，用于感测浸焊时间及锡炉链速；以及一存储单元，用于存储所采集到的数据；一数据接口，用于向远程电脑主机传输所采集到的数据；以及一电池，用于向该采集卡供电。
所述的采集卡，其中，所述热电偶以及所述探针设置引脚在所述采集卡的焊接面；所述MCU以及所述存储单元和其周边电路设置在所述采集卡的非焊接面，并密闭在一盒体内。
所述的采集卡，其中，所述热电偶的两侧设置有保护柱，略高于所述热电偶的引脚设置，用于防止触碰损坏所述热电偶。
一种波峰焊参数的采集方法，其包括以下步骤A、设置一采集卡，其上包括有MCU控制连接的热电偶和依预定距离间隔设置的至少两组探针，以及一存储单元，所述热电偶与探针设置在所述采集卡的焊接面；B、依照波峰焊接流程，进入锡炉进行焊接流程，并在预定条件时，由所述MCU初始化其各端口并启动数据采集流程；C、所述MCU将所述热电偶感测的温度数据以及所述探针感测的浸焊时间和锡炉链速数据依预定频率进行感测，并写入所述存储装置；D、所述采集卡在出锡炉后通过其数据接口向远程电脑主机传输数据。
所述的方法，其中，所述步骤B的预定条件包括所述热电偶感测到的温度数值超过40摄氏度时。
所述的方法，其中，所述步骤C中所述浸焊时间的感测过程包括C1、所述MCU对首次短路的两探针进行计时，直至其短路结束，该段时间为浸焊时间。
所述的方法，其中，所述步骤C中所述锡炉链速的感测过程包括C2、所述MCU对首次短路的两探针进行计时，直至第二组的两探针短路时为止，并除该两组探针之间的预定距离，得到所述锡炉链速。
所述的方法，其中，所述步骤D还包括所述远程电脑主机在接收采集卡的数据后向所述采集卡发送本次采集数据已作废的指令，以避免本次数据再次上传。
本发明所提供的一种波峰焊参数的采集系统、采集卡及其采集方法，由于采用了将采集仪当作正常产品的PCB板送入锡炉内，出板后数据即已采集完毕，并将采集仪的数据现场可上传远程计算机予以共享和处理，其操作安全简单方便，无需打开炉体防护窗，参数全面，左中右三点测温，其测量一致性好、精确度高；并通过采集仪前后两组探针仿真实际元器件引脚，简单地实现了波峰焊即时链速和实际浸焊时间的测量，且公开了监测测量的时刻及测量的次数，提供了一种波峰焊参数监测的有效工艺管控方案。
图1为本发明波峰焊参数的采集系统的结构框图；图2为本发明波峰焊参数的采集方法的流程示意图；图3为本发明波峰焊参数的采集系统及其方法的电路原理图；图4为本发明波峰焊参数的采集系统的采集卡示意图。
具体实施例方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行更为详细的说明。
本发明的波峰焊参数的采集系统及其方法中，所述波峰焊参数监测分析系统主要包括波峰焊参数采集卡，用于在波峰焊锡炉内的焊接过程中采集数据；远程电脑主机及软件；波峰焊参数分析软件三大部分，其运作流程为每日在规定时间段用波峰焊参数采集仪采集相关数据，再通过波峰焊机旁的通讯网络接口由生产监控系统主机将采集仪的数据自动传回，传回后采集仪数据即作废；在生产监控系统中生成附带有采集线体、采集时间、采集次数等信息的数据文件，如*.sky，该数据文件同步上传到公司内部网上共享，并通过生产监控频道的远程电脑主机利用波峰焊参数分析软件分析处理后，在生产监控频道共享，主要对波峰焊温度曲线的关键参数及焊接时间、锡炉链速以及生产对波峰焊焊接制程控制的过程进行动态监测及优化管理；另外通过波峰焊参数分析软件可对*.sky文件进行详细图表分析，确认、打印存档等处理。
本发明的波峰焊参数的采集系统结构如图4所示的，其采用一任意通用的光板PCB板110，并在该PCB板110的底面即波峰焊接面设置有热电偶120，其引脚121与普通待焊接元器件的焊接脚相同，伸出于PCB板外，设置该热电偶为90度垂直于其引脚，用于焊接温度的探测；同时可设置多个保护柱122，如图4中所示，左右各一个保护柱122，可以防止热电偶被触碰的损坏。
同时，本发明的波峰焊参数的采集系统中，还设置了左右各两探针130，其左侧两探针可以用于在焊接时由于锡焊导致该两探针的短路，由此得知浸焊的开始时间；并在离开锡焊时，由于锡炉内的锡焊为液体状态，在浸焊时间结束时，该两探针就脱离短路状态，因此，通过MCU的探测和计时就可以计算出浸焊时间。而其右侧的两探针在左侧两探针短路计时后也有一个短路计时的动作，如此，根据此两个探针的时间差和本发明的PCB板走动距离就可计算出其锡炉链速。
本发明所述MCU140及其周边电路设置在所述PCB板110的正面，即非接触锡焊面，通过一集成电路块以及一密封纳置盒体内固定在所述PCB板上，如此可以防止波峰焊过程中锡炉内锡焊的沾染造成电路故障。
具体的，本发明的波峰焊参数的采集系统的电路原理如图1所示的，所述MCU140分别设置连接有至少两组探针开关和一组K型热电偶；所述热电偶通过热电偶补偿及调理器电路以及A/D转换电路与MCU相连接，用于对温度进行感测；所述探针用于对浸焊时间及锡路链速进行感测。本发明的所述MCU及其周边电路由一电池进行供电，具体的可采用一可充电电池，并定期进行充电恢复，并设置有一LED状态指示灯，用于指示电池的电力程度。在所述MCU的周边电路中还设置有一存储单元，通过并行总线与MCU进行控制连接，实现对数据的接收和存储；同时，还设置有一串行总线接口，通过一RS485接口可以将所述存储单元中的数据上传到远程电脑主机中共享。
下面将详细说明本发明的较佳实施例，如图2和图3所示，本发明由单片机IC1 AT89S52为核心组成的波峰焊参数采集仪中，内嵌入测量采集和与远程电脑通讯两部分软件。当测量开始时，MCU各端口初始化，并设置各LED状态指示灯点亮指示；通过单片机读取IC6(A/D芯片)1号通道热电偶(即PCB板中间的温度传感器)A/D值，判断此值是否大于40摄氏度，以避免人体碰到探头触发采集，如大于则设定采集360次并定时0.05S，即每0.05S采集左中右(0、1、2号通道)热电偶的感测数据1次，形成6字节数据并存储到存储单元即Non SRAM IC4中，IC4为掉电数据保存的SRAM，其内嵌电池，数据可以可靠保存十年，而访问速度与普通RAM存储器一样快，在360次共180秒测量过程中不断测试单片机IC1的1脚，CONA探针组是否接地。
其原理如前所述，CONA、CONB为位于测量基板前后2探针组，每组有2根针并行间隔设置，当测量基板移动到波峰焊焊锡中时，探针短路，移出时2探针短路结束；如前探针组CONA接地，开始计时，直到CONA断开不接地为止，此段时间即为浸焊时间，而当IC1的2脚后探针组CONB接地时，与CONA探针组刚接地时的时间间隔又被记录下来，通过2探针组之间的距离除以该时间间隔即可计算出当时的锡炉链速，并将此值记录到存储单元IC4 Non SRAM中。
如图3中所示，IC2为上电或电压异常复位MCU和电池电压监测芯片，当电池电压低于预定电压6.7V，IC24脚电压监测，5脚输出低电平，MCU 12脚监测到低电平，启动电池电压低报警LED灯，由此通过LED状态指示灯可以知道电池的电量情况。
图3中所示IC5为基准电源芯片，其6脚输出稳定的4.096V电压给IC6 A/D芯片，IC6 A/D芯片0、1、2通道分别为采集仪左中右3个热电偶经过补偿调理过的电压，3、4、5通道分别监测左中右3个热电偶是否断偶情况，即热电偶故障监测，KA-KC为3个K型热电偶，IC7A-IC7C为热电偶冷端补偿调理电路，热电偶微弱电信号经过调整后可使Vo端输出一个温度系数为10mV/℃的电压信号，经IC6 A/D处理。其通讯程序是当IC1的P2.5-P2.7脚(地址线)、P3.0(RXD)、P3.1(TXD)接上现场设置的通讯网线，采集仪作为从机，远程电脑作为主机，通过RS485总线将采集到所述存储单元IC4 Non SRAM中的数据上传到电脑，电脑通过计算，将参数值显示到电脑界面，异常参数将异色警告提示，同时将显卡输出的视频信号转换成射频电视信号，通过现有的电视网络就可以将结果显示出来，测试现场设置一台电视机即可实时观测到测量的参数。
本发明的波峰焊参数的采集系统及其方法通过模拟实际产品的基板PCB板，其热电偶传感器探头与元器件脚板底长度一致，通过锡炉炉体后即可得到预热温度、焊接温度、锡路链速、浸焊焊接时间等信息，上述这些数据通过现场网络接口上传到远程电脑就可进行实时温升速率、冷却速率、线体代号、测量时间、当天测量次数等数据的电子记录，并将该信息通过电视信号传达到各线体显示，同时数据文件共享在局域网上，通过分析软件可打开行程连续的温度曲线。
本发明系统和方法实现了波峰焊采集仪中对锡炉链速、浸焊时间及温度连续测量的测量方法，其操作安全简单方便，跟一块普通的待焊接PCB板一样可以进入锡炉处理，无需打开炉体防护窗，只要将采集仪(板宽可自由调节)当作正常产品PCB板送入锡炉内，本发明系统即可在一定条件下被触发进行监测过程；出板后数据已采集完毕，将采集仪的数据现场可通过预定接口上传给远程电脑，远程电脑收到数据后再发出作废所述采集卡上本次采集数据的指令，以避免再次将本次数据上传，同时远程电脑及时计算并公示出测量参数。
本发明系统和方法其测量的参数全面，左中右三点测温，测量一致性好、精确度高；通过采集仪前后两组探针仿真实际元器件的引脚，简单而准确地实现了波峰焊当时链速和实际浸焊时间的测量，且公开监测测量的时刻及测量的次数，提供了一种波峰焊参数监测的有效工艺管控方案。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种波峰焊参数的采集系统，其特征在于，其包括一采集卡，用于在波峰焊锡炉内的焊接过程中采集数据；以及一数据接口，用于与远程电脑主机通讯连接；一波峰焊参数分析软件，用于运行在所述远程电脑主机上，对所采集到的数据进行处理和显示；并且所述采集卡上还设置有一MCU，用于控制整个数据采集和传输过程，并控制连接至少一热电偶以及至少两组探针；所述热电偶用于感测温度；所述两组探针间隔预定距离设置，用于感测浸焊时间及锡炉链速；以及一存储单元，用于存储所采集到的数据；一电池，用于系统供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据接口为串行接口，用于由所述MCU控制上传所述存储单元中采集的数据。
3.一种波峰焊参数的采集系统的采集卡，其特征在于，包括一MCU，用于控制整个数据采集和传输过程，并控制连接至少一热电偶以及至少两组探针；所述热电偶用于感测温度；所述两组探针间隔预定距离设置，用于感测浸焊时间及锡炉链速；以及一存储单元，用于存储所采集到的数据；一数据接口，用于向远程电脑主机传输所采集到的数据；以及一电池，用于向该采集卡供电。
4.根据权利要求3所述的采集卡，其特征在于，所述热电偶以及所述探针设置引脚在所述采集卡的焊接面；所述MCU以及所述存储单元和其周边电路设置在所述采集卡的非焊接面，并密闭在一盒体内。
5.根据权利要求4所述的采集卡，其特征在于，所述热电偶的两侧设置有保护柱，略高于所述热电偶的引脚设置，用于防止触碰损坏所述热电偶。
6.一种波峰焊参数的采集方法，其包括以下步骤A、设置一采集卡，其上包括有MCU控制连接的热电偶和依预定距离间隔设置的至少两组探针，以及一存储单元，所述热电偶与探针设置在所述采集卡的焊接面；B、依照波峰焊接流程，进入锡炉进行焊接流程，并在预定条件时，由所述MCU初始化其各端口并启动数据采集流程；C、所述MCU将所述热电偶感测的温度数据以及所述探针感测的浸焊时间和锡炉链速数据依预定频率进行感测，并写入所述存储装置；D、所述采集卡在出锡炉后通过其数据接口向远程电脑主机传输数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B的预定条件包括所述MCU判断所述热电偶感测到的温度数值超过40摄氏度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤C中所述浸焊时间的感测过程包括C1、所述MCU对首次短路的两探针进行计时，直至其短路结束，该段时间为浸焊时间。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤C中所述锡炉链速的感测过程包括C2、所述MCU对首次短路的两探针进行计时，直至第二组的两探针短路时为止，并除该两组探针之间的预定距离，得到所述锡炉链速。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤D还包括所述远程电脑主机在接收采集卡的数据后向所述采集卡发送本次采集数据已作废的指令，以避免本次数据再次上传。
全文摘要
本发明公开了一种波峰焊参数的采集系统、采集卡及其采集方法，其系统包括一采集卡，用于在波峰焊锡炉内的焊接过程中采集数据；以及一数据接口，用于与远程电脑主机通讯连接；所述采集卡上设置有一MCU，用于控制整个数据采集和传输过程，并控制连接至少一热电偶以及至少两组探针；所述热电偶用于感测温度；所述两组探针间隔预定距离设置，用于感测浸焊时间及锡炉链速；以及一存储单元，用于存储所采集到的数据。本发明采集系统、采集卡及其采集方法由于采用了将采集仪当作正常产品的PCB板送入锡炉内，出板后数据即已采集完毕，并将采集仪的数据现场可上传远程计算机予以共享和处理，其操作安全简单方便，测量一致性好、精确度高。
文档编号G05B19/048GK1963709SQ20061015701
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月21日 优先权日2006年11月21日
发明者王勇 申请人:深圳创维－Rgb电子有限公司