[发明专利]一种基于回焊炉炉温曲线的最优化设计方法

权利要求书

1.一种基于回焊炉炉温曲线的最优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.计算电路板特定的材料参数；

预热区，起始温度、升温斜率范围；

恒温区，温度范围、时间范围；

回流区，峰值温度范围、液相态时长范围；

冷却区，降温速率范围；

S2.根据升温时理想炉温曲线要求，绘制合理优化的回焊炉炉温曲线；所述升温时理想炉温曲线要求为使得炉温曲线上升段超过熔点温度到峰值温度所覆盖的面积达最小，上述步骤S2包括以下步骤：

S21.在满足制程界限条件下，建立合理优化的炉温曲线升温区段方程，使得炉温曲线上升段超过熔点温度到峰值温度所覆盖的面积达最小的目标函数如下：

式中，t_a为电路板的温度升高到熔点T_a的时间，为电路板的温度达到峰值时的时间；

S22.将小温区划分为1～5、6、7、8～9、10～11的5个区段，其中小温区1～5为预热区，6、7为恒温区，8～9为回流区，10～11为冷却区，首先设置小温区6和小温区8～9的温度，设置温度大步长ΔT₁＝1℃，过炉速度大步长Δv₁＝1cm/min，对小温区1～5、小温区7的设置温度和过炉速度进行遍历搜索，寻找满足使面积最小并且满足制程界限要求的小温区1～5和小温区7设置温度初步范围和过炉速度初步范围；

S23.对初步范围内的过炉速度以小步长Δv₂＝0.1cm/min、小温区1～5和7的设置温度以小步长ΔT₂＝0.1℃进行遍历搜索，得到使面积最小并且满足制程界限要求的小温区1～5和7的设置温度及过炉速度；

S24.将上述得到的小温区1～5、小温区7的设置温度和过炉速度作为已知条件输入，设置温度大步长ΔT₁＝1℃对小温区6和小温区8～9的设置温度进行初次遍历，求得使面积最小并且满足制程界限的小温区6和小温区8～9的设置温度初步范围；

S25.对初步范围的小温区温度进行小步长ΔT₂＝0.1℃的遍历搜索，得到使面积最小并且满足制程界限的小温区6、小温区8～9的温度，最后绘制出合理优化后升温段的炉温曲线；

S3.在步骤S2的基础上，根据降温时理想炉温曲线要求，绘制最优化回焊炉炉温曲线。

2.根据权利要求1所述的一种基于回焊炉炉温曲线的最优化设计方法，其特征在于，所述电路板特定的材料参数为复合热传递系数，上述步骤S1包括以下步骤：

S11.求解回焊炉电路板的温度状态方程，计算电路板温度变化，其温度状态方程如下：

式中，T为电路板的温度，T^*(t)为电路板t时刻接触到的小温区温度，表示电路板厚度的倒数，定义α₁为升温过程的复合传热系数，α₂为降温过程的复合传热系数；

其初始条件为：

T(0)＝T_che

T_che为回焊炉所在室温；

S12.将回焊炉电路板模型的温度状态方程进行差分化，求解出电路板每个时刻的温度，如下：

S13.在已知某次实验炉温曲线数据条件下，以复合传热系数为未知量，通过最小二乘法建立参数估计模型如下：

S14.代入α初始值，通过差分化的回焊炉电路板温度状态方程进行求解，得到炉温曲线计算值；

S15.利用最小二乘法求解炉温曲线的计算值与实测值的误差，并求出残差平方和；

S16.更新α值，再次代入差分方程进行求解，得到新的温度计算值；

S17.重复上述S15、S16步骤，搜索寻优找到拟合程度最佳的复合传热系数。

3.根据权利要求1所述的一种基于回焊炉炉温曲线的最优化设计方法，其特征在于，所述降温时理想炉温曲线要求为以峰值温度为中心线的两侧超过熔点温度的炉温曲线最对称，上述步骤S3包括以下步骤：

S31.设炉温曲线上温度为熔点温度对应的时间为t_a、t_b，其中t_a＜t_b，峰值温度对应的时间为并以该峰值对应的竖直线为对称轴，在步骤S2求解面积的积分规则基础上，仍以为间隔，则对称轴两侧距其相同距离的时刻分别为t、t′，对应的温度即为T(t)，T(t′)，建立最优降温对称方程如下：

S32.获得S2已经得到的小温区温度初步范围和过炉速度的初步范围，将其设置为S3的搜索范围；

S33.设置时间步长Δt₂＝0.1℃、速度步长Δv₂＝0.1cm/min，对最优降温对称方程进行全局搜索，获得满足制程界限下的每个小温区的最优温度和传送带的最优过炉速度，得到整体最优化的炉温曲线。