專利名稱:焊線機的焊接頭連桿組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊線裝置，并且更具體地涉及焊線機的連桿組件。
背景技術(shù)：
焊線機通常包括焊線工具，比如毛細(xì)管劈刀，其容納將被焊線機所焊接的金屬引線。焊接引線的用途的一個例子是用來將半導(dǎo)體設(shè)備(例如晶粒)電連接至基片(例如電路板)。在某些焊線機中，毛細(xì)管劈刀在焊線工藝期間由焊接頭相對于工件提升或降低。焊接工具的豎直運動還在球形焊接工藝中提供了通向引線端部的通路以便形成無空氣的球。
某些常規(guī)的焊線機包括工具臂，其在一端附近支撐毛細(xì)管劈刀。工具臂在另一端附近被可樞轉(zhuǎn)地支撐以便繞著一個水平軸線樞轉(zhuǎn)。工具臂繞著水平軸線的樞轉(zhuǎn)提供了焊線工具期望的豎直(Z軸)運動。然而，工具的運動沿著一個弧進行以致于其包括水平和豎直分量。如果希望的是線性運動(例如僅豎直的)，工具臂可能也會同時地平移。工具臂的樞轉(zhuǎn)不希望地導(dǎo)致了被支撐工具的相關(guān)樞轉(zhuǎn)。工具的這種樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致了不一致的引線環(huán)輪廓。
某些常規(guī)焊線機的可焊接區(qū)域由于工件和工具支撐臂的支撐結(jié)構(gòu)之間的干擾而受限，所述支撐結(jié)構(gòu)位于工具支撐臂的位置處或之下。因此，這種焊線機的覆蓋區(qū)域受限于工具支撐臂的長度。常規(guī)焊線機的可能范圍有時稱作裝置的“咽喉”。
某些常規(guī)焊線機包括用于相對于工件升高和降低焊線工具的連桿機構(gòu)。連桿機構(gòu)包括一個工具支撐元件和一對可樞轉(zhuǎn)地連接至工具支撐元件并從上面被支撐的臂連桿。臂連桿彼此間傾斜以使得虛擬的延長線在工具支撐元件下面的一點處相交，從而最小化干擾以有利于增大咽喉。然而，工具支撐元件在該機構(gòu)運動期間的運動包括有水平和豎直分量。工具支撐元件在該機構(gòu)運動期間也被樞轉(zhuǎn)。
因而，希望提供一種焊線機，其包括能克服與常規(guī)焊線機相關(guān)的一些缺點的用于升高和降低焊線工具的機構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，一種與焊線機一起使用的焊接頭組件包括焊線工具和結(jié)合在焊線工具與焊線機之間的連桿機構(gòu)。連桿機構(gòu)包括框架、多個可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的臂連桿、以及可樞轉(zhuǎn)地連接至每個臂連桿的聯(lián)接連桿。聯(lián)接連桿支撐焊線工具，該機構(gòu)的臂連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)連桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，一種用于焊線機的連桿組件包括框架、一對樞轉(zhuǎn)連桿以及支撐焊線工具的工具支撐元件。該對樞轉(zhuǎn)連桿樞轉(zhuǎn)的連接至框架，并且工具支撐元件可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)連桿。框架、樞轉(zhuǎn)連桿和工具支撐元件限定了連桿機構(gòu)，其中樞轉(zhuǎn)連桿在相同的角度方向上樞轉(zhuǎn)以便提供工具支撐元件基本上不變的角度朝向。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，提供一種用于相對于工件升高和降低焊線機的焊線工具的連桿組件。該連桿組件包括框架、一對基本上平行的樞轉(zhuǎn)元件以及支撐焊線工具的工具支撐元件。樞轉(zhuǎn)元件樞轉(zhuǎn)的連接至框架并且工具支撐元件樞轉(zhuǎn)的連接至每個樞轉(zhuǎn)元件以限定出四桿機構(gòu)。該對樞轉(zhuǎn)元件在四桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)四桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，一種用于豎直地移動焊線機的焊線工具的連桿機構(gòu)包括適于支撐焊線工具的工具支撐元件；和第一和第二臂。每個臂在該臂的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件。每個臂的樞轉(zhuǎn)長度限定于該臂的第一和第二位置之間。第一臂的樞轉(zhuǎn)長度為第一臂的第二位置提供了具有豎直和水平分量的軌跡。第二臂的樞轉(zhuǎn)長度小于第一臂的樞轉(zhuǎn)長度以使工具支撐元件相對于焊線機的框架樞轉(zhuǎn)。工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致了工具相對于第一臂的包括水平分量的工具樞轉(zhuǎn)運動。第一臂軌跡和工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量彼此間基本上相等且相反，以提供焊線工具基本上線性的運動。
根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例，提供了一種用于構(gòu)造焊線機的連桿機構(gòu)的方法。該方法包括步驟確定焊線工具的豎直位移的期望量。提供適于支撐焊線工具的工具支撐元件。還提供第一和第二臂，每個臂都適于在該臂的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件。該方法還包括步驟確定限定于第一臂的第一和第二位置之間的第一臂樞轉(zhuǎn)長度，以便為第一臂的第二位置提供預(yù)定的軌跡。該方法包括步驟確定第二臂樞轉(zhuǎn)長度，第二臂的樞轉(zhuǎn)長度被選擇為導(dǎo)致工具支撐元件相對焊線機的框架樞轉(zhuǎn)預(yù)定的樞轉(zhuǎn)角度。
從下面詳細(xì)描述并結(jié)合附圖閱讀時能最好地理解本發(fā)明。要強調(diào)的是，根據(jù)一般慣例，附圖中的各個部件并不是按比例的。相反，為了清楚起見，各個部件的尺寸被任意地放大或縮小。附圖中包括
圖1是用于根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的焊線機的焊接頭組件的透視圖，該組件相對于工件處于降低位置；
圖2是圖1所示焊接頭組件的側(cè)視 圖3是圖1所示焊接頭組件的透視圖，該組件示出為相對于工件處于升高位置；
圖4是圖3所示焊接頭組件的側(cè)視 圖5是用于根據(jù)本發(fā)明第二個示例性實施例的焊線機的焊接頭組件的透視 圖6A至6C是圖5所示焊接頭組件的側(cè)視圖，示出了處于不同位置的焊接頭組件。
圖7A至7C分別是示出圖1所示焊接頭組件、圖5所示焊接頭組件和現(xiàn)有技術(shù)的焊線機的焊接頭組件的工具樞轉(zhuǎn)和水平工具運動的視圖。
具體實施方式本發(fā)明涉及用于將引線焊接至工件的焊線機。詞語“工件”的意思寬泛地包括半導(dǎo)體設(shè)備，比如晶粒和芯片，以及基片，比如印刷電路板和引線框架，半導(dǎo)體設(shè)備由焊接引線電連接至它們上。
在本文中，詞語“焊線工具”指的是焊線機中容納焊接引線且適于將引線焊接至工件的任何工具(例如毛細(xì)管工具)。
在本文中，詞語“焊接頭”指的是焊線機中支撐焊線工具的任何結(jié)構(gòu)。
在本文中，詞語“閉環(huán)連桿組件”指的是一系列由接頭互連起來從而形成閉合鏈的大致剛性元件。
在本文中，詞語“連桿機構(gòu)”指的是組件中兩個或更多連桿相對于固定連桿可動的連桿組件。
在本文中，詞語“平面連桿機構(gòu)”指的是其中機構(gòu)的運動為大致平面狀的連桿機構(gòu)。該詞語并不意味著限制于包括大致平面狀桿或板狀元件的機構(gòu)。因而，連桿元件可具有橫向于運動平面延伸的主要尺寸。
在本文中，詞語“框架”或“框架連桿”指的是連桿機構(gòu)的固定連桿。
在本文中，詞語“四桿機構(gòu)”指的是包括框架、一對可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的側(cè)連桿、以及可樞轉(zhuǎn)地連接到側(cè)連桿的聯(lián)接連桿的閉環(huán)連桿組件。
在本文中，詞語“結(jié)合至”、“結(jié)合在…之間”以及“連接到”指的是寬泛地涵蓋兩個元件直接連接起來以及元件借助于一個或多個中間元件互連。
參照其中同樣的附圖標(biāo)記標(biāo)識相同元件的附圖，圖1中示出了與根據(jù)本發(fā)明第一個示例性實施例的焊線機一起使用的焊接頭組件100。焊接頭組件100包括用于支撐焊線工具(比如所述實施例中示出的毛細(xì)管劈刀104)的工具支撐元件102，并且提供有用于將焊線工具104相對于下面的工具106在升高和降低位置之間移動的機構(gòu)。如下更詳細(xì)地描述，焊接頭組件100從工具104上面的位置處支撐焊線工具104。與其中支撐結(jié)構(gòu)位于焊線工具處或下面的常規(guī)焊線機相比，這種布置按照希望為焊線機提供了增大的咽喉。另外，第一個示例性實施例的機構(gòu)期望地在機構(gòu)的整個運動范圍內(nèi)維持了焊線工具和工件之間的正交性。
所述實施例的毛細(xì)管劈刀104由換能器108支撐，換能器108在工具支撐元件102的下端附近緊固至工具支撐元件102。優(yōu)選地，換能器108利用緊固件緊固至工具支撐元件102。然而，能使用緊固換能器108的任何適合裝置，比如舉例來說焊接。換能器108接合毛細(xì)管劈刀104并將振動能量傳遞到毛細(xì)管劈刀104，以便于焊接引線和半導(dǎo)體設(shè)備或基片之間的相互焊接作用。換能器本身是已知的并且因此無需再描述。
焊接頭組件100還包括在毛細(xì)管劈刀104和換能器108之上緊固至工具支撐元件102的引線夾具112。引線夾具112適于從引線供給系統(tǒng)(未示出)接收焊接引線并將引線豎直向下地導(dǎo)向至毛細(xì)管劈刀104。引線夾具112適于相應(yīng)地接合和釋放該焊接引線從而禁止或使焊接引線從毛細(xì)管劈刀104放出。引線夾具112本身已知的并且因此無需再描述。
工具支撐元件102形成了連桿組件116的一部分，連桿組件116還包括上和下臂連桿118、120。上和下臂連桿118、120優(yōu)選地布置為使得它們彼此間大致平行。上和下臂連桿118、120可樞轉(zhuǎn)地連接至工具支撐元件102以便分別在122a、122b處繞著樞軸樞轉(zhuǎn)。上和下臂連桿118、120優(yōu)選地在工具支撐元件102的每個相對側(cè)連接至工具支撐元件102。
焊接頭組件100的連桿組件116還包括連桿支撐元件124。連桿組件116的上和下臂連桿118、120可樞轉(zhuǎn)地連接至連桿支撐元件124以便分別在126a、126b處繞著樞軸樞轉(zhuǎn)。連桿支撐元件124為連桿組件116提供了相對于焊接頭組件100固定的框架。應(yīng)用于連桿組件116的框架的詞語“固定”指的是框架相對于臂連桿118、120的樞轉(zhuǎn)動作的角度朝向。因此，框架可以自由地平移或者不然的話在變化的方向上運動。
連桿組件116是閉環(huán)連桿組件，其是在接頭處互連從而形成閉合鏈的大致剛性元件的組件。連桿組件116限定了已知為四桿機構(gòu)的閉環(huán)連桿組件類型，所述四桿機構(gòu)是三個元件相對于固定框架可動的平面機構(gòu)?？蓜釉ㄒ粚υ诟糸_的位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至框架以便繞著分開的樞軸樞轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)連桿。其它可動元件，有時稱為聯(lián)接連桿，可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)連桿。在四桿機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)連桿大致平行時，這就是有時也稱為平行四邊形機構(gòu)的布置，聯(lián)接連桿的角度朝向在樞轉(zhuǎn)連桿的樞轉(zhuǎn)期間將保持不變。
在應(yīng)用于焊接頭組件100的作為平行四邊形機構(gòu)的連桿組件116時，工具支撐元件102和臂連桿118、120分別限定了該機構(gòu)的聯(lián)接連桿和樞轉(zhuǎn)連桿。焊接頭組件100的臂連桿支撐元件124相對于機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)運動而言是固定的并且限定了平行四邊形的框架。通過比較圖2和4能看出，臂連桿118、120保持彼此間大致平行，并且在機構(gòu)于降低和升高位置之間的整個運動范圍內(nèi)，工具支撐元件102的角度朝向保持大致不變。
所述焊接頭組件100包括在樞轉(zhuǎn)位置122a、122b、126a、126b處提供連桿組件116的元件之間的相對樞轉(zhuǎn)的連接裝置128。連接裝置128可包括銷或者螺紋緊固件，比如螺釘、螺柱、螺栓和螺母，以便提供可拆卸的連接，或者在希望更持久的連接時使用鉚接件。盡管所述焊接頭組件100包括位于樞轉(zhuǎn)位置處以提供期望的相對樞轉(zhuǎn)的連接裝置128，但是本發(fā)明并不限于此?？梢允褂迷诖笾聞傂栽g提供相對樞轉(zhuǎn)的任何適合裝置。
所述焊接頭組件100安裝至線性滑動機構(gòu)的滑動元件130，以便使工具支撐元件102相對于工件106沿著水平軸線(比如Y軸)平移。滑動元件130沿著每個相對側(cè)面限定了用于支撐滑動元件的V形槽130a。線性滑動機構(gòu)本身是已知的并且因此無需再描述。連桿支撐元件124從滑動元件130的下表面大致剛性地向下延伸，從而在樞轉(zhuǎn)位置126a、126b處為上和下臂連桿118、120提供可樞轉(zhuǎn)的支撐。
盡管所述焊接頭組件100示出為安裝至線性滑動機構(gòu)從而為焊線工具104提供相對于工件106的平移，但是本發(fā)明并不限于此。也能使用為工具提供水平移動的其它裝置，比如X-Y定位設(shè)備或者通過使焊線機的一部分繞著豎直軸線樞轉(zhuǎn)。
焊接頭組件100優(yōu)選地包括用于相對于工件106升高和降低工具支撐元件102的驅(qū)動系統(tǒng)132。驅(qū)動系統(tǒng)132包括一對永磁體134和一個定位于在磁體134之間限定的空間內(nèi)的可激勵線圈136。所述驅(qū)動系統(tǒng)132的磁體134部分地容納在滑動元件130的中心孔138內(nèi)。參照圖2，線圈支撐元件140支撐線圈136并且結(jié)合在線圈136和連桿組件116的上臂連桿118之間。驅(qū)動系統(tǒng)132提供了磁路，其中線圈136在激勵時和永磁體134之間的電磁作用相對于滑動元件130驅(qū)動連桿組件116，以升高和降低工具支撐元件102。
無需驅(qū)動系統(tǒng)如所示定位在樞軸122a、122b、126a、126b之間，或者驅(qū)動系統(tǒng)接合上臂連桿118。作為一個可選例子，驅(qū)動系統(tǒng)能定位在樞軸126a、126b的后面，與工具支撐元件102相對，并且能驅(qū)動地接合下臂連桿120。盡管這種布置可能需要增大的動力來驅(qū)動連桿組件116，為了平衡和動態(tài)穩(wěn)定性可能需要如此。而且，盡管所述驅(qū)動系統(tǒng)132包括一對永磁體134和一個中間線圈136，用來相對于焊線機移動連桿組件的可選系統(tǒng)也是可以想象的。
參照圖1和2，焊接頭組件100示出為相對于工件106處于降低的位置，以使得由工具支撐元件102所承載的毛細(xì)管劈刀104定位為與工件106直接或間接地接觸。參照圖3和4，連桿組件116已經(jīng)被驅(qū)動系統(tǒng)132驅(qū)動為從附圖所示的視點看順時針地樞轉(zhuǎn)臂連桿118、120。如所示，臂連桿118、120相對于框架元件124的樞轉(zhuǎn)使工具支撐元件102升高從而使毛細(xì)管劈刀104與工件106分離。
連桿組件116的上和下臂連桿118、120的長度被設(shè)計為使得樞轉(zhuǎn)位置122a、122b、126a、126b定位為靠近臂連桿118、120的末端。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，一個或兩個臂連桿118、120(都)能具有延伸超過樞轉(zhuǎn)位置的端部。
如通過比較圖2和4所示出的，工具支撐元件102的角度朝向在連桿組件116于降低和升高位置之間的運動期間保持大致不變。于是，毛細(xì)管劈刀104的豎直朝向保持大致不變。因而，在連桿組件116的全部運動范圍內(nèi)維持了毛細(xì)管劈刀104相對于工件106的正交性。因為維持了毛細(xì)管劈刀的正交性，焊接引線供給穿過毛細(xì)管劈刀104的路徑就保持相同，而與工具支撐元件102在引線環(huán)的形成期間由焊線機所平移的方向無關(guān)。這種毛細(xì)管劈刀朝向的一致性期望地促進了形狀一致的引線環(huán)。
所述連桿組件116包括一對大致平行的臂連桿118、120。可以想象到焊接頭組件能包括可樞轉(zhuǎn)地連接至工具支撐元件102的其它大致平行的臂連桿。
參照圖2，樞轉(zhuǎn)位置122a和126a之間的距離限定了上臂連桿118的樞轉(zhuǎn)長度。類似地，樞轉(zhuǎn)位置122b和126b之間的距離限定了下臂連桿120的樞轉(zhuǎn)長度。每個臂連桿118、120的樞轉(zhuǎn)長度確定了相應(yīng)的樞轉(zhuǎn)位置122a、122b在連桿組件116于降低和升高位置之間的運動期間所遵循的行進軌跡。焊接頭組件100的連桿組件116用來提供工具支撐元件102大致不變的角度朝向，因為臂連桿118的樞轉(zhuǎn)長度大致等于臂連桿120的樞轉(zhuǎn)長度。于是，臂連桿118、120的樞轉(zhuǎn)位置122a、122b的軌跡將大致相等。
盡管平行四邊形機構(gòu)提供了某些益處，但是本發(fā)明并不限于此。通過調(diào)節(jié)臂連桿的樞轉(zhuǎn)長度，能對四桿機構(gòu)進行修整以提供某些期望的特點。如上所述，例如，平行四邊形機構(gòu)在工具支撐元件的運動中不希望地包括了水平分量。如果期望被支撐毛細(xì)管劈刀的線性運動(例如僅豎直的)，平行四邊形機構(gòu)可以同時地平移以消除工具運動的水平分量。
調(diào)節(jié)四桿連桿機構(gòu)以獲得與機構(gòu)運動相關(guān)的期望特點的示例性方法如下。在下面的描述中，連桿機構(gòu)包括第一和第二臂連桿，每個臂連桿都限定了分別適于可樞轉(zhuǎn)地連接至框架和工具支撐元件的第一和第二位置。每個臂連桿的樞轉(zhuǎn)長度由臂連桿的第一和第二位置之間的距離所限定。
第一臂連桿的樞轉(zhuǎn)長度被選擇為確定當(dāng)?shù)谝槐巯鄬τ诳蚣軜修D(zhuǎn)時第一臂的第二位置的軌跡。在已經(jīng)形成第一臂的軌跡時，第二臂連桿的樞轉(zhuǎn)長度被選擇為，在機構(gòu)于降低位置和升高位置的運動范圍期間使工具支撐元件相對于框架樞轉(zhuǎn)一個預(yù)定角度。
工具支撐元件在遠(yuǎn)離第一臂的第二位置處支撐焊線工具，比如毛細(xì)管劈刀。工具支撐元件相對于框架的樞轉(zhuǎn)使得毛細(xì)管劈刀經(jīng)歷繞著第一臂第二位置的工具樞轉(zhuǎn)運動。工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)角度被選擇為提供繞著第一臂第二位置的某一工具樞轉(zhuǎn)運動，從而為四桿連桿機構(gòu)提供期望的運動或慣性特點。
參照圖5，其中示出了根據(jù)本發(fā)明第二個示例性實施例的焊接頭組件200，其中已經(jīng)對臂的樞轉(zhuǎn)長度進行調(diào)節(jié)以便為被支撐的毛細(xì)管劈刀104提供大致線性的運動。與要求同時平移的現(xiàn)有裝置的非線性運動相比，焊線工具104線性的Z軸運動期望地簡化了對于焊線工具運動的控制。
類似于第一個示例性焊接頭組件100，焊接頭組件200包括用于支撐毛細(xì)管劈刀204和使毛細(xì)管劈刀204相對于下面的工件206在升高和降低位置之間移動的工具支撐元件202。焊接頭組件200包括與毛細(xì)管劈刀104相接合的換能器208和引線夾具212。焊接頭組件200沒有繪出用于升高和降低該機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)，但是可以理解到，能使用移動該機構(gòu)以升高和降低焊線工具204的任何適合裝置。
工具支撐元件202形成了具有上和下臂連桿218、220和框架元件224的四桿機構(gòu)的聯(lián)接連桿。上和下臂連桿218、220可樞轉(zhuǎn)地連接至框架元件224以便分別繞著位置226a、226b處的樞軸樞轉(zhuǎn)。上和下臂連桿218、220還分別在位置222a、222b處可樞轉(zhuǎn)地連接至工具支撐元件。
類似于焊接頭組件100的框架元件124，所述焊接頭組件200的框架元件224從線性滑動機構(gòu)的滑動元件230的下表面向下延伸，滑動元件230限定了相對的V形槽230a?？蚣茉?24包括向前延伸部分，上臂連桿218連接至該向前延伸部分以使得上臂連桿218的樞轉(zhuǎn)位置226a位于下臂連桿220的樞轉(zhuǎn)位置226b的前面。這與如圖2所示其中上和下臂連桿118、120的樞轉(zhuǎn)位置126a、126b以大致豎直的方式對齊的焊接頭組件100的結(jié)構(gòu)不同。
由于位置226a相對于226b靠前定位，限定于位置222a、226a之間的用于上連桿218的臂樞轉(zhuǎn)長度就短于限定于位置222b、226b之間的用于下連桿220的臂樞轉(zhuǎn)長度。
參照圖6A至6C，焊接頭組件200分別示出相對于工件206處于降低位置、部分升高位置和完全升高位置。在圖6A的降低位置，上和下臂連桿218、220彼此間大致平行。然而，如圖6B和6C所示，上和下臂連桿218、220的不同臂樞轉(zhuǎn)長度導(dǎo)致了上和下臂連桿218、220的不同樞轉(zhuǎn)量。于是，上和下臂連桿218、220在機構(gòu)的全部運動范圍內(nèi)不會保持彼此平行。于是，工具支撐元件202在四桿機構(gòu)的運動期間相對于框架元件224樞轉(zhuǎn)。
比較圖6A和6C，下連桿220繞著位置226b樞轉(zhuǎn)以使得下連桿220的位置222b沿著包括豎直和水平分量的軌跡行進。從附圖的視點看，當(dāng)機構(gòu)在圖6A的降低位置和圖6B的升高位置之間運動時，位置222b的軌跡的水平分量將向右。如同通過比較圖6A和6C能看出的，當(dāng)機構(gòu)在降低和升高位置之間運動時，工具支撐元件202繞著位置222b樞轉(zhuǎn)。從附圖的視點看，工具支撐元件202繞著位置222b的樞轉(zhuǎn)處于順時針方向。
焊接頭組件200的毛細(xì)管劈刀204遠(yuǎn)離下臂連桿220的位置222b地支撐。于是，毛細(xì)管劈刀將經(jīng)歷相對于位置222b的具有水平和豎直分量的工具樞轉(zhuǎn)運動。從圖6A至6C的視點看，工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量將向左。因而，工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量處于與下連桿220的位置222b的軌跡的水平分量相反的方向。
工具支撐元件202相對于位置222b的樞轉(zhuǎn)角被選擇為使得工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量大致等于下連桿軌跡的水平分量。因而，毛細(xì)管劈刀204的水平運動歸零以提供毛細(xì)管劈刀大致線性的(即僅豎直的)運動，如延伸穿過圖6A至6C的豎直線所示。
盡管工具支撐元件202的角度朝向不是恒定的，但是工具支撐元件202繞著位置222b的樞轉(zhuǎn)角很小，小于約1度。因而，被支撐的毛細(xì)管劈刀204在焊接頭組件200的運動期間將保持大致垂直于工件206。
盡管所述焊接頭組件200的上臂連桿218具有與下臂連桿220相比縮短的臂樞轉(zhuǎn)長度，但是本發(fā)明并不限于此。替代的構(gòu)造是可以想象的，例如，下臂連桿220的臂樞轉(zhuǎn)長度能相對于上臂連桿218的臂樞轉(zhuǎn)長度縮短。
對于焊接頭組件100和焊接頭組件200中的每個，上和下臂連桿在相對于工件206的降低位置中(即當(dāng)毛細(xì)管劈刀204被定位為通過焊接引線直接或間接地接觸工件206時)彼此間大致平行。如所示，連桿在降低位置還大致平行于由工件206所限定的焊接平面以使得毛細(xì)管劈刀204將垂直于焊接平面。焊接力通常在毛細(xì)管劈刀204和工件206之間相接觸期間施加于毛細(xì)管劈刀204。焊接力施加于毛細(xì)管劈刀204會導(dǎo)致機構(gòu)相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)。因為連桿在降低位置是平行的并且毛細(xì)管劈刀是豎直的，機構(gòu)的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)將是大致豎直的。因而，在施加焊接力期間不會有焊接工具的橫向運動。在施加焊接力期間沒有橫向運動就期望地限制了由于工具“打滑”對焊接的損害。盡管在降低位置處平行的臂連桿218、220是優(yōu)選的，但是其中連桿在工具接觸位置是非平行的其它布置也是可想象的。
參照圖7A和7C，其中用圖表示出了上述實施例的各種特點和益處。圖7A至圖7C的圖表分別示出了圖1所示焊接頭組件100、圖5所示焊接頭組件200以及現(xiàn)有焊接頭連桿組件在連桿組件運動期間的工具樞轉(zhuǎn)角和工具水平運動。參照圖7A，圖1所示焊接頭組件100用來將相關(guān)的毛細(xì)管劈刀104升高到約320密耳的豎直位置。在毛細(xì)管劈刀從零密耳的降低位置升高到約320密耳的升高位置的運動期間，毛細(xì)管劈刀水平地運動約17密耳。然而，如所示，機構(gòu)運動期間的工具樞轉(zhuǎn)角大致等于零。對于此實施例，如果希望的是線性運動(例如僅豎直的)，焊接頭100可被同時地平移以補償水平分量。
參照圖7B，其中示出了焊接頭組件200的工具樞轉(zhuǎn)角和工具水平運動。如上所述，下臂連桿軌跡和工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量大致相等且相反，以致于工具204相對于工件206的水平運動基本上等于零。因此，焊接頭組件200的連桿組件的布置代表了一種折中，其中在機構(gòu)運動的期望范圍內(nèi)允許工具輕微地樞轉(zhuǎn)以基本上消除水平的工具運動。
通過將圖7A和7B與圖7C的圖表相比較能看出焊接頭組件100和200的相應(yīng)益處，圖7C示出了現(xiàn)有焊接頭組件的工具樞轉(zhuǎn)角和工具水平運動。如所示，被支撐的工具不希望地經(jīng)歷了樞轉(zhuǎn)角和水平位移，在機構(gòu)運動期間工具的位移約為17密耳，樞轉(zhuǎn)超過5度。
在焊接頭組件200的以上描述，以及通過改變樞轉(zhuǎn)長度來構(gòu)造連桿機構(gòu)的相關(guān)方法中，期望的目標(biāo)是消除被支撐的毛細(xì)管劈刀204的水平運動。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，該方法能用來獲得除了上述消除工具水平運動的運動益處之外的期望益處，比如舉例來說提供優(yōu)化的慣性特點或動力需求。
焊線機的焊線工具通常從其降低的接觸位置加速，以提供引線環(huán)或者提供形成球形焊接裝置的無空氣球的途徑。假定希望高的速度，這種加速是基本的。從慣性觀點看，焊線工具支撐在樞轉(zhuǎn)工具臂的終端處，例如如同圖7C所示現(xiàn)有的焊接頭組件所提供的，理想地分散了必須由驅(qū)動系統(tǒng)所加速以獲得所希望速度的質(zhì)量。這種慣性益處又有助于降低動力需求。與圖7C所示結(jié)構(gòu)相關(guān)的期望慣性/動力特性(即純樞轉(zhuǎn)和分散的質(zhì)量)可以和其中質(zhì)量集中的純平移系統(tǒng)(例如升降機)相比較。在純平移系統(tǒng)中，系統(tǒng)的全部質(zhì)量作為一個單元沿著豎直的行進路徑被加速。如圖7C所示，然而，工具由現(xiàn)有焊接頭組件的樞轉(zhuǎn)工具臂所支撐除了引起了所希望的豎直運動，還導(dǎo)致了不希望的工具樞轉(zhuǎn)和工具水平平移。
焊接頭組件100的平行四邊形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與工具支撐元件102相關(guān)聯(lián)的毛細(xì)管劈刀104附近的一些質(zhì)量集中。換言之，從慣性/動力的觀點看，在圖7C所示的現(xiàn)有焊線機的純樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和焊接頭組件100之間存在著折中以提供非樞轉(zhuǎn)工具的特點。
如上所述，從運動觀點看，焊接頭組件200涉及與焊接頭組件100的折中，因為允許工具204樞轉(zhuǎn)一定程度以期望地消除水平運動。然而，與焊接頭組件200相關(guān)的慣性/動力特性從焊接頭組件100在一定程度上進行了改進。再次參照圖6A和6C，工具支撐元件202相對于位置222b的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致毛細(xì)管劈刀204的工具樞轉(zhuǎn)運動具有水平和豎直分量。從圖6A至6C的視點看，當(dāng)該機構(gòu)從最低位置移動到升高位置時，工具樞轉(zhuǎn)運動的豎直分量向上。因此，工具樞轉(zhuǎn)運動的豎直分量處于與下臂連桿軌跡的豎直分量相同的方向上。因為豎直分量的方向相同，它們就疊加。因而，與平行四邊形結(jié)構(gòu)相比，該機構(gòu)獲得給定量的豎直工具位移所需的運動范圍就減小，從而降低了動力需求。
盡管這里已經(jīng)參照具體實施例示出和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于所示的細(xì)節(jié)。而是，在權(quán)利要求
等同替代的范圍內(nèi)并且不偏離本發(fā)明之下，能在細(xì)節(jié)上做出各種變型。
(按照條約第19條的修改)1.一種與焊線機一起使用的焊接頭組件，該焊接頭組件包括焊線工具；和結(jié)合在焊線工具和焊線機之間的連桿機構(gòu)，該連桿機構(gòu)包括框架、多個可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的臂連桿、以及可樞轉(zhuǎn)地連接至每個臂連桿的聯(lián)接連桿，聯(lián)接連桿支撐焊線工具，臂連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行，所述多個臂連桿包括(1)具有第一樞轉(zhuǎn)長度的第一臂連桿和(2)具有第二樞轉(zhuǎn)長度的第二臂連桿，第一樞轉(zhuǎn)長度與第二樞轉(zhuǎn)長度不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，還包括與連桿系統(tǒng)相接合以使臂連桿相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的焊接頭組件，其中驅(qū)動系統(tǒng)包括結(jié)合至連桿機構(gòu)的磁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的焊接頭組件，其中磁路包括一對永磁體和位于限定在該對永磁體之間的空間內(nèi)的可激勵線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，其中臂連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的任何位置處彼此間大致平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，其中第二臂連桿相對于焊線機的焊接區(qū)域定位在第一臂連桿之上，第一樞轉(zhuǎn)長度大于第二樞轉(zhuǎn)長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，還包括結(jié)合在焊線工具和連桿機構(gòu)的聯(lián)接連桿之間的換能器。
8.一種用于焊線機的連桿組件，該連桿組件包括框架；一對可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的樞轉(zhuǎn)連桿；和支撐焊線機的焊線工具的工具支撐元件，該工具支撐元件可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)連桿，框架、樞轉(zhuǎn)連桿和工具支撐元件限定了連桿機構(gòu)，其中樞轉(zhuǎn)連桿在相同的角度方向上樞轉(zhuǎn)以便提供工具支撐元件基本恒定的角度朝向，所述樞轉(zhuǎn)連桿包括(1)具有第一樞轉(zhuǎn)長度的第一樞轉(zhuǎn)連桿和(2)具有第二樞轉(zhuǎn)長度的第二樞轉(zhuǎn)連桿，第一樞轉(zhuǎn)長度與第二樞轉(zhuǎn)長度不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，其中連桿機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的連桿組件，其中連桿機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)連桿在該機構(gòu)的整個運動范圍內(nèi)彼此間大致平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，其中第二樞轉(zhuǎn)連桿相對于焊線機的焊接區(qū)域定位在第一樞轉(zhuǎn)連桿之上，第一樞轉(zhuǎn)長度大于第二樞轉(zhuǎn)長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，還包括與連桿機構(gòu)相接合以使樞轉(zhuǎn)連桿相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
13.一種用于相對于工件升高和降低焊線機的焊線工具的連桿組件，該連桿組件包括框架；一對可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的樞轉(zhuǎn)元件；和可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)元件以與樞轉(zhuǎn)元件和框架一起限定出四桿機構(gòu)的工具支撐元件，該工具支撐元件支撐焊線機的焊線工具，該對樞轉(zhuǎn)元件在四桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在四桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行，所述樞轉(zhuǎn)元件包括(1)具有第一樞轉(zhuǎn)長度的第一樞轉(zhuǎn)元件和(2)具有第二樞轉(zhuǎn)長度的第二樞轉(zhuǎn)元件，第一樞轉(zhuǎn)長度與第二樞轉(zhuǎn)長度不同。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，其中該對樞轉(zhuǎn)元件在四桿機構(gòu)的整個運動范圍內(nèi)彼此間大致平行。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，其中第二樞轉(zhuǎn)元件相對于焊線機的焊接區(qū)域定位在第一樞轉(zhuǎn)元件之上，第一樞轉(zhuǎn)長度大于第二樞轉(zhuǎn)長度。
16.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，還包括與四桿機構(gòu)相接合以使樞轉(zhuǎn)元件相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
17.一種用于豎直地移動焊線機的焊線工具的連桿機構(gòu)，該連桿機構(gòu)包括適于支撐焊線工具的工具支撐元件；和第一和第二臂，每個臂在該臂相應(yīng)的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件，第一臂具有限定于第一臂的第一和第二位置之間的樞轉(zhuǎn)長度以提供第一臂的第二位置的軌跡，該軌跡具有豎直和水平分量，第二臂具有限定于第二臂的第一和第二位置之間的樞轉(zhuǎn)長度，第二臂的樞轉(zhuǎn)長度小于第一臂的樞轉(zhuǎn)長度以使工具支撐元件相對于焊線機的框架樞轉(zhuǎn)，工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致了工具相對于第一臂的包括水平分量的工具樞轉(zhuǎn)運動，該軌跡和工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量彼此間基本上相等且相反，以提供焊線工具基本上線性的運動。
18.一種用于構(gòu)造焊線機中適于豎直地移動焊線工具的連桿機構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟確定焊線工具的豎直位移的期望量；提供適于支撐焊線工具的工具支撐元件；提供第一和第二臂，每個臂適于在該臂相應(yīng)的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件；確定限定于第一臂的第一和第二位置之間的第一臂樞轉(zhuǎn)長度，以便為第一臂的第二位置提供預(yù)定的軌跡；和確定限定于第二臂的第一和第二位置之間的第二臂樞轉(zhuǎn)長度，第二臂的樞轉(zhuǎn)長度被選擇為使工具支撐元件相對焊線機的框架樞轉(zhuǎn)預(yù)定的樞轉(zhuǎn)角度。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的方法，其中確定第二臂樞轉(zhuǎn)長度的步驟包括將工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)角度選擇為導(dǎo)致工具相對于第一臂的工具樞轉(zhuǎn)運動，所述工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量與第一臂預(yù)定軌跡的水平分量基本上相等且相反。
20.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，其中第一樞轉(zhuǎn)長度限定于第一臂的第一和第二位置之間，以使得在第一臂的樞轉(zhuǎn)期間限定第一臂的第二位置的軌跡，該軌跡具有豎直和水平分量，第二樞轉(zhuǎn)長度限定于第二臂的第一和第二位置之間，第二樞轉(zhuǎn)長度小于第一樞轉(zhuǎn)長度，以使得工具支撐元件相對于框架的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致工具相對于第一臂的包括水平分量的工具樞轉(zhuǎn)運動，該軌跡和工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量彼此基本相等且相反，以提供焊線工具基本上線性的運動。
權(quán)利要求
1.一種與焊線機一起使用的焊接頭組件，該焊接頭組件包括焊線工具；和結(jié)合在焊線工具和焊線機之間的連桿機構(gòu)，該連桿機構(gòu)包括框架、多個可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的臂連桿、以及可樞轉(zhuǎn)地連接至每個臂連桿的聯(lián)接連桿，聯(lián)接連桿支撐焊線工具，臂連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，還包括與連桿系統(tǒng)相接合以使臂連桿相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的焊接頭組件，其中驅(qū)動系統(tǒng)包括結(jié)合至連桿機構(gòu)的磁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的焊接頭組件，其中磁路包括一對永磁體和位于限定在該對永磁體之間的空間內(nèi)的可激勵線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，其中臂連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的任何位置處彼此間大致平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，其中連桿機構(gòu)的每個臂連桿分別在第一和第二位置處連接至聯(lián)接連桿和框架，以在第一和第二位置之間限定出臂樞轉(zhuǎn)長度，并且其中至少一個臂連桿的臂樞轉(zhuǎn)長度與至少一個其它臂連桿的臂樞轉(zhuǎn)長度不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的焊接頭組件，還包括結(jié)合在焊線工具和連桿機構(gòu)的聯(lián)接連桿之間的換能器。
8.一種用于焊線機的連桿組件，該連桿組件包括框架；一對可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的樞轉(zhuǎn)連桿；和支撐焊線機的焊線工具的工具支撐元件，該工具支撐元件可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)連桿，框架、樞轉(zhuǎn)連桿和工具支撐元件限定了連桿機構(gòu)，其中樞轉(zhuǎn)連桿在相同的角度方向上樞轉(zhuǎn)以便提供工具支撐元件基本上恒定的角度朝向。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，其中連桿機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)連桿在連桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在連桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的連桿組件，其中連桿機構(gòu)的樞轉(zhuǎn)連桿在該機構(gòu)的整個運動范圍內(nèi)彼此間大致平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，其中連桿機構(gòu)的每個樞轉(zhuǎn)連桿分別在第一和第二位置處連接至工具支撐元件和框架，以在第一和第二位置之間限定出樞轉(zhuǎn)長度，并且該對樞轉(zhuǎn)連桿的樞轉(zhuǎn)長度不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的連桿組件，還包括與連桿機構(gòu)相接合以使樞轉(zhuǎn)連桿相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
13.一種用于相對于工件升高和降低焊線機的焊線工具的連桿組件，該連桿組件包括框架；一對可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的樞轉(zhuǎn)元件；和可樞轉(zhuǎn)地連接至每個樞轉(zhuǎn)元件以與樞轉(zhuǎn)元件和框架一起限定出四桿機構(gòu)的工具支撐元件，該工具支撐元件支撐焊線機的焊線工具，該對樞轉(zhuǎn)元件在四桿機構(gòu)的運動范圍內(nèi)在四桿機構(gòu)的至少一個位置處彼此間大致平行。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，其中該對樞轉(zhuǎn)元件在四桿機構(gòu)的整個運動范圍內(nèi)彼此間大致平行。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，其中每個樞轉(zhuǎn)元件分別在第一和第二位置處連接至工具支撐元件和框架，以在第一和第二位置之間限定出樞轉(zhuǎn)長度，并且該對樞轉(zhuǎn)元件的樞轉(zhuǎn)長度不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求
13的連桿組件，還包括與四桿機構(gòu)相接合以使樞轉(zhuǎn)元件相對于框架樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
17.一種用于豎直地移動焊線機的焊線工具的連桿機構(gòu)，該連桿機構(gòu)包括適于支撐焊線工具的工具支撐元件；和第一和第二臂，每個臂在該臂相應(yīng)的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件，第一臂具有限定于第一臂的第一和第二位置之間的樞轉(zhuǎn)長度以提供第一臂的第二位置的軌跡，該軌跡具有豎直和水平分量，第二臂具有限定于第二臂的第一和第二位置之間的樞轉(zhuǎn)長度，第二臂的樞轉(zhuǎn)長度小于第一臂的樞轉(zhuǎn)長度以使工具支撐元件相對于焊線機的框架樞轉(zhuǎn)，工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致了工具相對于第一臂的包括水平分量的工具樞轉(zhuǎn)運動，該軌跡和工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量彼此間基本上相等且相反，以提供焊線工具基本上線性的運動。
18.一種用于構(gòu)造焊線機中適于豎直地移動焊線工具的連桿機構(gòu)的方法，該方法包括步驟確定焊線工具的豎直位移的期望量；提供適于支撐焊線工具的工具支撐元件；提供第一和第二臂，每個臂適于在該臂相應(yīng)的第一和第二位置處可樞轉(zhuǎn)地連接至焊線機的框架和工具支撐元件；確定限定于第一臂的第一和第二位置之間的第一臂樞轉(zhuǎn)長度，以便為第一臂的第二位置提供預(yù)定的軌跡；和確定限定于第二臂的第一和第二位置之間的第二臂樞轉(zhuǎn)長度，第二臂的樞轉(zhuǎn)長度被選擇為使工具支撐元件相對焊線機的框架樞轉(zhuǎn)預(yù)定的樞轉(zhuǎn)角度。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的方法，其中確定第二臂樞轉(zhuǎn)長度的步驟包括將工具支撐元件的樞轉(zhuǎn)角度選擇為導(dǎo)致工具相對于第一臂的工具樞轉(zhuǎn)運動，所述工具樞轉(zhuǎn)運動的水平分量與第一臂預(yù)定軌跡的水平分量基本上相等且相反。
專利摘要
一種與焊線機一起使用的焊接頭組件包括焊線工具和結(jié)合在焊線工具和焊線機之間的連桿機構(gòu)。該連桿機構(gòu)包括框架、多個可樞轉(zhuǎn)地連接至框架的臂連桿、以及支撐焊線工具且可樞轉(zhuǎn)地連接至每個臂連桿的工具支撐元件。
文檔編號B23K20/00GK1994035SQ200680000510
公開日2007年7月4日 申請日期2006年5月23日
發(fā)明者E.·沃爾特·弗拉施, 里查德·D.·薩德勒, 邁克爾·P.·施密特－蘭格 申請人:庫利克和索夫工業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan