Устройство для сварки давлением
Использование: сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Сущность изобретения: блок управления по сигналу готовности преобразования считывает выходной код аналого-цифрового преобразователя и сравнивает текущее значение цифрового кода с кодом, занесенным в память блока управления и соответствующим оптимальной нагрузке на свариваемые детали. При касании проводником детали датчик нагрузки воспринимает сварочную нагрузку по мере опускания механизма вертикальных перемещений, при достижении ее оптимального значения блок управления прекращает работу коммутатора фаз и шаговый привод останавливается на время образования сварочного соединения. Присоединение осуществляется методом термокомпрессионной, ультразвуковой или термозвуковой сваркой и для этого зависимо от сварки устройство может содержать нагреватель с терморегулятором и ультразвуковой генератор. 4 ил. ел
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (у)5 В 23 К 20/10
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4915769/08 (22) 04 03 91 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) В.Н.Акимов, А.С.Илюкевич и А.В.Лобунец (56) Авторское свидетельство СССР
N 1549698, кл. В 23 К 11/04, 1987.
Авторское свидетельство СССР
N 1459864, кл. В 23 К 11/24, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ (57) Использование: сборка полупроводниковых приборов и интетральных микросхем.
Сущность изобретения: блок управления по сигналу готовности преобразования считывает выходной код аналого-цифрового преИзобретение относится к микроэлектронике, а именно к сборке полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Цель изобретения — повышение точности стабилизации сварочной нагрузки.
На фиг, 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема привязки нулевого уровня; на фиг. 3 — структурная схема суммирующего усилителя с переменным коэффициентом усиления; на фиг. 4 — сигналы на элементах устройства при сбросе его в ноль, где U>— пусковой сигнал на первом входе блока управления; U — сигнал на пусковом входе
1 первой схемы привязки нулевого уровня; Uz — сигнал на выходе готовности нулевого уровня первой схемы привязки нулевого уровня; Оз — сигнал на выходе линии задержки; Ug — сигнал на выходе готовности нулевого уровня второй схемы привязки
„„5lJ 1816606 А.1 образователя и сравнивает текущее значение цифрового кода с кодом, занесенным в память блока управления и соответствующим оптимальной нагрузке на свариваемые детали. При касании проводником детали датчик нагрузки воспринимает сварочную нагрузку по мере опускания механизма вертикальных перемещений, при достижении ее оптимального значения блок управления прекращает работу коммутатора фаз и шаговый привод останавливается на время образования сварочного соединения, Присоединение осуществляется методом термокомп рессионной, ультразвуковой или термозвуковой сваркой и для этого зависимо от сварки устройство может содержать нагреватель с терморегулятором и ультразвуковой генератор. 4 ил.
1 нулевого уровня; Ug"- сигнал на выходе го-. товности преобразования аналого-цифрового преобразователя.
Устройство для сварки давлением состоит из (фиг. 1) станины 1, шагового привода 2, закрепленного на станине 1, сварочной головки 3, состоящей из корпуса 4 и держателя 5 сварочного инструмента 6, соединенных между собой через две плоскопараллельные пластины 7, механиэма 8 вертикальных перемещений сварочной головки 3, взаимодействующего с шаговым приводом 2, катушки с проволокой 9, распо-. ложенной на корпусе 4, датчика 10 сварочной нагрузки, закрепленного на одной из плоскопараллельных пластин 7, усилителя
11, входом подключенного к первому датчику 10 сварочной нагрузки, линии задержки
12, аналого. цифрового преобразователя 13, коммутатора фаз 14 и блока управления 15
1816606 с пусковым сигналом на первом входе, первым и вторым выходом подключенного к первому и второму входам коммутатора фаз
14, третьим — к пусковому входу аналогоцифрового преобразователя 13, выход последнего подан на второй вход блока управления 15, а выход готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя 13 — к третьему входу блока управления
5, причем выход коммутатора фаэ 14 подключен к шаговому приводу 2, а также второго датчика 16 сварочной нагрузки, закрепленного на второй плоскопараллельной пластине 7, источника 17 опорного напряжения и последовательно соединенных второго усилителя 18, вычитателя 19, первой схемы 20 привязки нулевого уровня, суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления 21 и второй схемы
22 привязки нулевого уровня. Выход первого усилителя 11 подключен к второму входу вычитателя 19, пусковой вход первой схемы
20 привязки нулевого уровня — к четвертому выходу блока управления 15, выход готовности нулевого уровня первой схемы 20 привязки нулевого уровня — к входу линии задержки 12, выход линии задержки 12 — к пусковому входу второй схемы 22 привязки нулевого уровня, выход источника 17 опорного напряжения 17 — к второму входу суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления, выход второй схемы 22 привязки нулевого уровня — к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 13, выход готовности нулевого уровня второй схемы 22 привязки нулевого уровня — к четвертому входу блока управления 15, а второй датчик 16 сварочной нагрузки — к входу второгоусилителя 18.
Каждая схема 20 и 21 привязки нулевого уровня (фиг. 22} состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 23, цифроаналогового преобразователя 24 и вычитателя 25, второй вход которого объединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 23 и является входом схем 20 и 21 привязки нулевого уровня, при этом выходом схем привязки нулевого уровня является выход вычитателя 25, выходом готовности нулевого уровня — выход готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя 23, а пусковым входом — пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 23.
Суммирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления 21 (фиг. 3) состоит из: переключателя 01, операционного усилителя D2, в цепь обратной связи которого включены последовательно соединенные резисторы Рос и йос, резистор Кос является
1 1 подстроечным, входных резисторов Rt и
R»<, подключенных к инвертирующему входу операционного усилителя D2 и R*1, R*2, R З,...,R*n резисторов, подключенных к входам переключателя 01, причем выходы переключателя объединены и поданы на инвертирующий вход операционного усили10 теля 02, резисторы R*1, R*2, R*3,...,R*n также объединены и подключены K резистору
R>, а инвертирующий вход операционного усилителя D2 соединен с нулевой шириной, при этом первым входом суммирующего
15 усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления является резистор R>x. вторым— резистор R Устройство работает следующим обра20 зом. В исходном состоянии до опускания сварочной головки 3 в позицию сварки сигналы с датчиков 10 и 16 сварочной нагрузки, которые расположены на внутренней поверхности плоскопараллельных пластин 7„ усиливаются усилителями 11, которые являются дифференциальными, и поступают на входы вычитателя 19. Вычитатель 19 осуществляет операцию вычитания сигнала с дат30 чика 10 от сигнала с датчика 16, при этом, учитывая, что датчики 10 и 16 сварочной нагрузки представляют собой кремниевые мембраны, на которые напылены тонкопленочные резисторы, соединенные в двухпле35 чий мост, выполненные по интегральной технологии на одной кремниевой пластине, т.е. датчики 10 и 16 имеют близкие по значению характеристики, в процессе вычитания происходит компенсация 40 температурного дрейфа датчиков 10 и 16 сварочной нагрузки и компенсация смещения этих датчиков, вызванная наличием остаточных напряжений в плоскопараллельных пластинах 7 после их 45 нагружения и разгружения, Следует отметить, что полезные сигналы от датчиков 10 и 16 сварочной нагрузки, несущие информацию о сварочной нагрузке, складываются, так как при нагружении сварочной головки 50 3 один из датчиков работает на растяжение, а другой — на сжатие. При подаче оператором пускового сигнала на первый вход блока управления 15 (фиг. 4, момент времени t<), последний вы55 рабатывает на своем четвертом выходе прямоугольный импульс длительностью t2 — ti (фиг. 4), запускающий первую схему 20 привязки нулевого уровня. Первая схема 20 привязки нулевого уровня запоминает смещение, присутствующее на ее входе ко1816606 торое определяется разбросом параметров датчиков сварочной нагрузки и усилителей, 11 и 18, и в дальнейшем вычитает его иэ сигнала текущего значения сварочной нагрузки, т.е. привязывает выход первой схемы 20 к нулевому значению при отсутствии нагрузки. Преобразованный таким образом сигнал поступает на суммирующий усилитель 21 с переменным коэффициентом усиления, на второй вход которого подается сигнал с выхода источника 17 опорного напряжения, Суммирующий усилитель 21 с пе. ременным. коэффициентом усиления суммирует сигналы на его входах, причем сигнал с выхода источника 17 опорного напряжения усиливается не более чем в полтора раза, в итоге на выходе суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления присутс-.вует смещенный на величину опорного напряжения сигнал, усиленный не более чем в полтора раза, плюс сигнал, равный ошибке сброса в ноль первой схемы 20 привязки нулевого уровня, умноженный на коэффициент усиления суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления. Смещение выхода суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления необходимо для исключения влияния смещения, вызванного ошибкой сброса в ноль первой схемы 20 привязки йулевого уровня. Так, если выход суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления смещен в положительную область сигнала, а датчики 10 и 16 сварочной нагрузки подключены к дифференциальным усилителям 11 и 18 так, что при приложении сварочной нагрузки выход суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления изменяется в сторону уменьшения сигнала„диапазон изменения полезного сигнала, несущего информацию о сварочной нагрузке, всегда превышает напряжение, при котором суммирующий усилитель 21 с переменным коэффициентом усиления входит в насыщение. Для окончательной привязки сигнала к нулевому уровню после обнуления первой схемы 20 привязки нулевого уровня, последняя формирует сигнал с выхода готовности нулевого уровня на линию задержки 12, которая формирует прямоугольный импульс, длительностью t4 — тз (фиг. 4), которая зависит от скорости передачи сигнала с входа суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления на его выход, составляющая величину порядка 10-20 мкс, на пусковой вход второй схемы привязки нулевого уровня 22. По окончании этого импульса запускается вторая схема 22 привязки нулевого 20 25 равления 15, по которому блок управления 35 моугольный импульс со своего третьего вы40 55 уровня (фиг. 4, момент времени ц), которая запоминает значение сигнала на ее входе и вычитает его из текущего значения. Таким образом, при отсутствии сварочной нагрузки на выходе второй схемы привязки нулевого уровня 22, а следовательно, на входе аналого-цифрового преобразователя 13 присутствует нулевое напряжение. В момент готовности обнуления второй схемы 22 привязки нулевого уровня последняя формирует отрицательный перепад напряжения (фиг.4, момент времени tg) на своем выходе готовности нулевого уровня и подает его на четвертый вход блока управления 15, по которому на его третьем выходе формируется прямоугольный импульс, поступающий на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 13. Аналого-цифровой преобразователь 13 преобразует нулевое напряжение в нулевой код и в момент готовности преобразователя (фиг. 4, момент времени ta) подает нулевой перепад напряжения со своего выхода готовности преобразования на третий вход блока уп15 устанавливает на своем втором выходе сигнал логической "1", а на первом выходе — возрастающий на единицу двоичный код. Коммутатор фаз 4 начинает коммутировать обмотки шагового привода 2, который через механизм 8 вертикальных перемещений перемещает сварочную головку 3 вниз в позицию первой сварки. В дальнейшем блок управления 15 вновь формирует пряхода на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 13, последний преобразует напряжение на своем входе в цифровой код и вырабатывает сигнал готовности преобразования, поступающий на третий вход блока управления 15, Блок управления 15 по сигналу готовности преобразования считыаает значение выходного кода аналого-цифрового преобразователя 13 и в дальнейшем повторяет операции запуска,: считывания готовности преобразования и считывания выходного кода аналого-цйфрового преобразователя 13, а также сравнивает текущее значение цифрового кода аналого-цифрового преобразователя 13 с кодом, занесенным в память блока управления 15, который соответствует оптимальной нагрузке на свариваемые детали. При касании привариваемым проводником, размешенным в капичлярном(свариваемые детали) отверстии сварочного инструмента 6, закрепленного в держателе 5, датчики 10 и 16 сварочной нагрузки начинают воспринимать сварочную нагрузку по мере опускания механизма 8 ьертикальных 1816606 перемещений из-за прогиба плоскопараллельных пластин 7 и в момент достижения сварочной нагрузкой оптимального значения, т,е. при равенстве текущего кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 13 и кода, занесенного в память блока управления 15, последний прекращает работу коммутатора фаз 14„шаговый пр вод 2 останавливается на время, необходимое для образования сварного соединения, Присое-. динение осуществляется методами термокомпрессионной, ультразвуковой или термоэвуковой сварки, поэтому дополнительно устройство может содержать в зависимости от вида сварки нагреватель с терморегулятором и ультразвуковой генератор, а в качестве держателя 5 может служить ультразвуковой преобразователь, По окончании процесса сварки блок управления 15 устанавливает на своем втором выходе сигнал логического нуля, при котором блок управления 15 вновь запускает коммутатор фаз 14 на подъем сварочной головки 3 на высоту, необходимую для образования петли. В дальнейшем оператор перемещает сварочную головку 3 в позицию второй сварки, совмещает сварочный инструмент 6 с местом второй сварки на траверсе прибора и подает пусковой сигнал на первый вход блока управления 15, по которому коммутатор фаз 14 коммутирует шаговый приьод 2 на опускание сварочной головки 3 E позицию второй сварки, Пооцесс выполнения второй сварки аналогичен процессу ьыполнения первой сварки. По окончании формирования перемычки оператор обрывает проводник по утонению проволоки вблизи второй сварки. Схемы 20 и 22 привязки нулевого уровня работают следующим образом (фиг. 2), После подачи пускового сигнала на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 23 последний преобразует аналоговый сигнал, который присутствует на его входе, в цифровой код за время t p (фиг. 4), Цифровой код фиксируется на выходе аналого-цифрового преобразователя 23 и не изменяется до подачи следующего пускового -сигнала. Зафиксированный таким образом сигнал преобразуется цифроаналоговым преобразователем 24 в аналоговый и поступает на вход вычитателя 25, на второй вход которого приходит входной аналоговый сигнал. Так как на обоих входах вычитателя 26 сигналы равны, на его выходе присутствует нулевое напряжение, относительно которого в дальнейшем изменяется текущее значение входного сигнала. Суммирующий усилитель 21 с переменным коэффициентом усиления (фиг. 3) представляет собой операционный усилитель 02, включенный в режиме инвертирования входного сигнала. Коэффициент усиления суммирующего усилителя с переменным ко5 эффициентом усиления грубо регулируется путем подключения параллельно входному резистору R» одного иэ R*1, R*2, 8*3...„R*n резисторов с помощью переключателя 01 и точно регулируется потенциометром Rpp1, 10 включенным в цепь обратной связи операционного усилителя D2. Резистор Rsx выбирается приблизительно равным сумме номиналов резисторов Rpc u Rpg i flpN этом сигнал, присутствующий на резисторе Ввх1, 15 практически без усиления передается на выход операционного усилителя D2. С помощью резисторов R*1, 8 "2, R*3,...,R"и выбирается диапазон изменяемых нагрузок а I с помощью резистора Rpc производится со20 гласование аналогового сигнала с цифровым кодом. Блок управления 15 представляет собой микропроцессорную систему следующим 25 образом. Блок управления 15 устанавливает на всех своих выходах коды логического "0". Далее анализируется состояние первого входа и при поступлении на последний сиг30 нал логической "1" осуществляется привязка нулевого уровня сигнала тензодатчиков 10 и 16, затем блок управления 15 осуществляет управление перемещением сварочной головки 3 (фиг, 1) до создания последней 35 сварочной нагрузки на свариваемые элементы. После этого блок управления 15 производит задержку на время, необходимое для формирования сварного соединения. Значение времени задержки записывается 40 в памяти блока управления 15 заранее, Далее блок управления 15 управляет перемещением сварочной головки 3 вверх на высоту формирования петли, заранее записанную в памяти блока управления 15. По45 сле этого блок управления 15 ожидает перемещение управляющим персоналом сварочной головки 3 в позицию второй сварки и при появлении сигнала логической "1" на первом входе блока управления 16 по50 следний переходит к управлению перемещением сварочной головки 3 до создания последней нагрузки на свариваемые элементы значением Р1, заранее записанным в памяти блока управления. Далее произво55 дится задержка на время формирования второго сварного соединения, после чего блок управления 15 управляет перемещением сварочной головки 3 вверх в исходное положение на высоту, заранее записанную в памяти блока управления 15. 1816606 Управление привязкой нулевого уровня Блок управления установит на своем сигналатензодатчиков производится следу- втором выходе сигнал логической "1", разющим образом. решив тем самым работу коммутатора фаз Блок управления 15 формирует на сво- 14, Далее декрементируется цифровой код ем четвертом выходе импульс длительно- 5 на первом выходе блока управления 15; по стью 2 мкс для запуска первой схемы 20 которому коммутатор фаз 14 переключит привязки нулевого уровня, после чего про- свое состояние, что шаговый привод 2 переалее лок уп равлеиэводится задержка длительностью 50 мкс, местится на шаг вверх. Далее бл к во время которой согласно приведенной ния 15сравниваетзначение цифрового кода при описании работы устройства по фиг. 1 10 на своем первом выходе со значением высопоследовательностидействий вторая схема ты подъема сварочной головки Нз ., за а22 и ивязки н левого Р у вого уровня успеет пере- нее записанным в памяти блока управления ключиться в неготовность, т.е. на ее выходе 15, Если текущее значение цифрового кода готовности установится сигнал логической на первом выходе блока управления 15 не "1". Далее производится ожидание появле- 15 достигло значения Нздд, то блок управления вхо е блока и авл ни ния сигнала логического "0" на четвертом 15 производит задержк пе входе лока управления 15, после появле- ем следующего блока длительностью приния которого блок управления 15 считает близительно 100 мкс, необхо им р у ул вог уровня завершенной и того, чтобы шаговый привод 2 успел перемепереходитк выполнению последующих дей- 20 ститься в заданную позицию. Этот процесс повторяется до момента достижения сваУправлениедвижениемсварочнойголо- рочной головки 3 высоты Н вки 3 до соз ания т еб м оты sag, после чего д я тре уемои нагрузки на блокуправления15устанавливаеткодлогисвариваемые детали осуществляется следу- ческого "0" на своем втором выходе. ющим образом. 2 5 Таким образом, устройство позволило Блок управления 15 устанавливает на снизить влияние температурного дрейфа своем втором выходе сигнал логической "1", датчиков 10 и 16 сва ч. сварочной нагрузки и налипо которому разрешается работа коммута- чия остаточных напряжений в плоскопа ал. Д * р ентируется циф- лельных пластинах 7, а также расширить прлровой код на пе вом вых и авления 1, р о выходе блока 30 диапазон изменения полезного си у р 5, по которому коммутатор фаз несущего информацию о сварочной нагрузо вых гнала, т привело к повышению точности ста14 переключит свое состояние так, что ша- ке, что привело к говый "привод 2 переместится на шаг вниз. билизации сварочной нагрузки. Э Блок и авления 15 у р формирует на своем зволило повысить выход годных прибон грузки. то потретьем выходе импульс для установки в 35 ров на 2 — 4%. исходное состояние и запуска аналого-циф- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ожи н рового преобразователя 13. Производится Устройство для сварк дание появления на третьем входе бло- держащее ста, р д, эадля сварки давлением, сока управления 15 сигнала логич к е станину, шаговый привод, эаческого О, крепленный на станине, сварочную головку, который сигнализирует о появлении готов- 40 состоящую из корпуса и держателя сварочности аналого-цифрового преобразователя ного инструмента, соединенных между со13передатьданные,Далееблокуправления бой через две плоскопа аллельные 15 сравнивает данные о тек и кущей нагрузке пластины, механизм вертикальных перемерез две плоскопараллельные на свариваемые детали, появившиеся на его щений сварочной голо вки, взаимоде ствуюй р де, со значением оптимальной 45 щий с .ша овым при наг зки Р за ру 1, ранее записанным в памяти проволокой, расположенн ым приводом, катушку с . блока управления 15. Если тек ее положенную на корпусе, датя . сли текущее значе- чик сварочной нагрузки, закрепленный на ание сварочной нагрузки меньше за а данного, нои из плоскопараллельных пластин, первый блок управления 15 пе ехо ит к вып б р д выполне- усилитель, входом подключенный к датчику нию перемещением сварочной головки 3 на 50 сварочной нагрузки, линию заде жки, анало. шаг. Этот цикл выполняется о тех по нию задержки, аналотекущее значение не с авняется д х пор, пока го-цифровой преобразователь, коммутатор Р с эаданны- фаз и блок управления с пусковым сигналом ми, в этом случае блок и авления 15 у р 5 уста- на первом входе, первым выходом подклюновит сигнал логического "0" на своем ченный к пе вом вхо первомУ входУ коммУтатор М . ние шагового и ивода 2 и ек атит ле которого перемеще- 55 вторым — к второму входу коммутатора ф аз, р д ре ратится. третьим — к пусковому входу аналого-цифроУ вого преобразователя, выход последнего по3 правление движением сва очно р чной голо- дан на второй вход блока управления, а выход вки вверх на заданную высо ос ляется следующим образом. ту уществ- готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя — к третьему входу 1816606 блока управления, причем выход коммутатора фаз подключен к шаговому приводу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации сварочной нагрузки, в него введены второй датчик сварочной нагрузки, закрепленный на второй плоскопараллельной пластине, источник опорного напряжения и последовательно соединенные второй усилитель, вычитатель, первая схема привязки нулевого уровня, суммирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления и вторая схема привязки нулевого уровня, причем выход первого усилителя подключен к второму входу вычитателя, пусковой вход первой схемы привязки нулевого уровня — к четвертому выходу блока управления, выход готовности нулевого уровня первой схемы привязки нулевого уровня — к входу линии задержки, выход линии задержки — к пусковому входу 5 второй схемы привязки нулевого уровня, выход источника опорного напряжения — к второму входу суммирующего усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход второй схемы привязки нулевого уровня 10 — к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход готовности нулевого уровня второй схемы привязкй нулевого уровня.— к четвертому входу блоКФ управления. а второй датчик сварочной на 15 грузки — к входу второго усилителя. 1816606 Составитель 8.Акимов Техред М.Моргентэл Корректор Н.Ревская Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1699 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
