一种射频同轴电缆的激光焊接方案

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摘要：摘要：射频电缆接头作为一种重要的部件被广泛地使用在大多数电力系统中，而同轴电缆作为电力系统中不可缺少的重要材料，同轴电缆通过外导体实现屏蔽的作用，采用焊接带有薄带卷管组成其结构。本文针对目前人工手动焊接存在的缺陷，设计了一套射频同轴电缆接

　　摘要：射频电缆接头作为一种重要的部件被广泛地使用在大多数电力系统中，而同轴电缆作为电力系统中不可缺少的重要材料，同轴电缆通过外导体实现屏蔽的作用，采用焊接带有薄带卷管组成其结构。本文针对目前人工手动焊接存在的缺陷，设计了一套射频同轴电缆接头的激光焊接系统的整机图纸，并给出了相应的实现方法，最终提供了一种射频同轴电缆接头的激光焊接方案。对电力系统中同轴电缆的焊接工作具有重要意义。

　　关键词：射频同轴电缆 电力系统 激光焊接方案

　　一、引言

　　随着工业和制造业的快速发展，焊接技术水平也越来越高。新的焊接工艺方法不断涌现，专业焊接设备日新月异。在电力系统中，射频电缆接头被普遍使用，而同轴电缆也是电力系统的重要基础设施，其外导体起重要的屏蔽作用，它是由薄带卷管焊接而成，所以研究其焊接工艺，提高焊接质量十分重要[1]。同轴电缆的物理连接主要包括连接器、同轴线以及射频接头焊接部位。连接器、同轴线、射频接头焊接部位的连接情况均会影响传输电缆的电抗特性。其中影响最大的就是接头焊接部位的一致性和均匀性较难控制，这种不确定导致了传输线缆的电抗特性变化[2]。换而言之，在信号传输的高速化和可靠化的发展进程中，保护信号完整性的难度不断提高，实际上就是对电缆焊接工艺提出了高要求和新标准，更是对传统电缆制作过程提出了新的挑战。而射频接头焊接作为同轴电缆制作过程中最重要最基本的环节之一，只有深入研究焊接工艺对射频接头信号完整性影响的主要因素，并且找出焊接工艺方法的改进办法，了解工艺参数的合适范围，才是保证信号完整性的根本途径。

　　本文提供了一种射频同轴电缆接头的激光焊接方案，该方案可通过可视化界面全程控制同轴电缆与射频电缆接头的自动焊接过程，同时可对焊接结果进行实时检测，能够极大提高焊接速度、焊接精密度和成品率;可以解决手动焊接时所造成的虚焊以及焊接不牢等弊端，为电力系统的稳定运行提供有力保障。

　　二、机械结构和工作原理

　　2.1 系统的总体结构及系统设计

　　2.1.1 机械结构：

　　设备包括底座110、升降机构120、激光焊接机构130、焊锡机构140、同轴固定机构150、夹线机构160和导轨机构170。其整机结构渲染图如图2.1所示。

　　其中，升降机构120支撑在底座110上，激光焊接机构130可拆卸连接升降机构120，并能够随升降机构120移动;焊锡机构140连接激光焊接机构130，能够盛装并输送焊锡;同轴固定机构150设置在焊锡机构140底部，并能够夹持射频接头;夹线机构160能够夹持光缆;导轨机构170支撑在底座110上，夹线机构160能够沿导轨机构170滑动，并将光缆的接头插入射频接头内，在本实施例中射频接头为2M接头。

　　需要特别说明的是，本文采用焊锡机构、同轴固定机构和导轨机构进行导引，能够将激光焊接机构放置在离工件适当距离的位置上，可在工件周围的机具或障碍间再导引，且在焊接的全过程中无需与焊接目标接触，有效地将机具的损耗和形变降至最低，实现了自动化控制。

　　2.1.2 系统设计：

　　射频同轴电缆的可视化智能激光焊接设备主要由机器视觉系统、显示系统、温控系统、焊接监测系统、碎屑清理系统和电机控制系统组成。其中电机控制系统主要實现焊接头与焊锡的供给系统和2M头的结构控制，分别由步进电机装置实现，温度控制系统主要负责2M头的温度控制功能。其原理图如图2.2所示。

　　其中各系统主要包括：

　　1)供电部分：整个系统的供电包含220V-24V、3.3V、±5V、±12V。

　　2)机械系统：包括弹出式放件结构、夹线结构、进线结构、压线结构、自动焊接结构5大部分，其中自动焊接系统又包括激光器结构、自动进锡结构。

　　3)控制系统：控制系统包括温度控制、电机控制、图像采集显示、焊接短路断路检测、压线结构控制等。

　　根据上述的2M头同轴电缆可视化自动焊接系统的组成单元，其工作流程如图2所示。

　　2.2 具体机械结构及工作原理

　　1)升降机构

　　如图2.3所示，升降机构120包括：升降导轨121、升降滑块122、升降支撑板123和升降电机124。

　　升降导轨121，其一端支撑在底座110上，在本实施例中升降导轨121由两根导轨组成;升降滑块122可滑动设置在升降导轨121上;升降支撑板123设置在升降导轨121另一端，以限制升降滑块122的滑动位置;升降电机124设置在升降支撑板123上，能够驱动升降滑块122沿升降导轨121滑动。

　　需要特别说明的是，本文选用升降机构120固定激光焊接机构130，通过升降机构能够实现了激光焊接机构的位置的自由调整，以保证焊接精度。

　　2) 激光焊接系统

　　激光焊接机构130包括：激光固定座131和激光器132，其中激光器固定做131可拆卸连接升降滑块122;激光器132可拆卸设置在激光固定座131上，作为一种优选，激光器132与激光固定座132螺纹配合。

　　如图2.4所示，焊锡机构140包括：焊锡架141、送锡轮142、送锡管143和送锡电机144。

　　焊锡架141支撑在底座110上;送锡轮142可旋转支撑在焊锡架141上，以放置焊锡;送锡管143一端连接送锡轮142，另一端固定在激光器132底部;送锡电机144连接送锡轮142，并驱动送锡轮142旋转，以使焊锡串接在送锡管143内。其中，焊锡卷绕在送锡轮142上，送锡电机144连接送锡轮142，能够拉拽焊锡，使焊锡串接在送锡管143内，使焊锡位于激光器132底部。

　　如图2.5所示，夹线机构160包括第一夹线板161和第二夹线板162;第二夹线板162与第一夹线板161平行设置，以夹持电缆。

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