Устройство для ультразвуковой микросварки

Полезная модель относится к области неэлектрической сварки с использованием колебаний и направлена на упрощение кинематики за счет установки ось-эксцентрика непосредственно на валу микродвигателя, что приводит к использованию эксцентрика одновременно как ось качания сварочной головки, так и для ее перемещения, повышение надежного соединения металлов с оксидными поверхностями кристаллов при минимальном тепловом воздействии на структуру чувствительных к нагреву элементов микросхем. Указанный технический результат достигается в устройстве для ультразвуковой микросварки, содержащей корпус, размещенный на фигурной плите и состоящий из боковин, крышки, передней панели сварочной головки с микродвигателями, панели дисплея, манипуляторы управления сварочной головки, один из которых представляет собой компьютерную мышь, а другой - пленочную клавиатуру, расположенную на фигурной плите, имеющую стеклянную плитку для передвижения предметного столика, на крышке закреплен посредством кронштейна микроскоп, на передней панели распложена сварочная головка со сварочным инструментом, при этом левая часть сварочной головки имеет ось-эксцентрик, укрепленный на валу одного из микродвигателя и выполненный с возможностью перемещения сварочной головки по оси Y, а правая часть сварочной головки со сварочным инструментом выполнена с возможностью перемещения по оси Z при помощи другого микродвигателя и подшипника, эксцентрично укрепленного на валу двигателя. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к области неэлектрической сварки с использованием колебаний, в частности к ручной ультразвуковой микросварки, и предназначена для соединения металлов, отличающихся электро- и теплопроводимостью, а также для соединения металлов с керамикой и стеклом.

Все производимые в данный момент ручные установки микросварки как российского так и иностранного производства можно разделить на две группы:

1. установки с приводом вертикального перемещения от ручки;

2. установки с приводом вертикального перемещения от кнопки. Установки с приводом вертикального перемещения от ручки:

- более универсальны, лучше подходят для разварки приборов с множеством точек сварки различных по высоте (БИС), но плата за это-отсутствие коррекции формы стежка при изменении разновысотности сварных точек;

- большая зависимость результата от квалификации оператора, но и больше возможностей при неотработанных технологиях.

Установки с приводом вертикального перемещения от кнопки:

- комфортнее при разварке приборов с фиксированной разновысотностью сварных точек, больше подходят для отработанных технологий, для серийного производства;

- не позволяет производить экстренную повторную сварку, некомфортны при разводке приборов с разным набором разновысотности сварных точек;

- меньшая зависимость результата от квалификации оператора. Из уровня техники известна смонтированная стойка ультразвуковой сварки проволоки с орбитальной сварной головкой инструмента, включающая стойку, которая поддерживает спускающиеся каскадом ряд платформ поддержки, линейно переводимых относительно стойки и к друг другу. Сварная головка выполнена с возможностью вращения относительно головки блока поддержки в ответ на вращение двигателя (US 6616030, 09.09.2003).

Известно ультразвуковое сварочное устройство, включающее волновод с держателем, подключенный к ультразвуковому генератору, полую иглу, скользящую в отверстие волновода, сварочный наконечник и средство для перемещения иглы из диафрагмы, других оконечности иглы. Волновод выполнен в виде полого цилиндра. Весовой счетчик и платформы связаны с рычагом, поворачивающимся вокруг вала, поворачивая при этом эксцентрик по плите рычага освобождая для перемещения волновод в направлении работы в рамках счетчика (GB 1251694, 27.10.1971).

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство для ультразвуковой микросварки, корпус которого выполнен сборным и состоит из боковин, передней панели сварной головки, панели дисплея. На плите расположена пленочная клавиатура для управления и стеклянная плитка, по которой может передвигаться предметный столик. На крышке корпуса расположен кронштейн для крепления микроскопа. Под крышкой расположена одна электрическая плата установки. На передней панели расположена сварочная головка. Управление производится многокнопочной компьютерной мышью (http://www.electronserv.ru/readarticle.php?article id=17).

Недостатком данной конструкции устройства является сложность кинематики, небольшая память записи технологических процессов, узкий набор технологических режимов.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании устройства для ультразвуковой микросварки а, который исключал бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в упрощении кинематики за счет установки ось-эксцентрика сварочной головки непосредственно на валу микродвигателя, что приводит к использованию эксцентрика одновременно как ось качания сварочной головки, так и для ее перемещения, обеспечении простоты изготовления заявленного устройства и его сборки.

Указанный технический результат достигается в устройстве для ультразвуковой микросварки, содержащей корпус, размещенный на плите и состоящий из боковин, крышки, передней панели сварочной головки с микродвигателями, панели дисплея, причем для управления сварочной головки используют компьютерную мышь и пленочную клавиатуру, расположенную на фигурной плите, имеющую стеклянную плитку для передвижения предметного столика, на крышке закреплен посредством кронштейна микроскоп, на передней панели распложена сварочная головка со сварочным инструментом, при этом левая часть сварочной головки имеет ось-эксцентрик, укрепленный на валу одного из микродвигателя и выполненный с возможностью перемещения сварочной головки по оси Y, а правая часть сварочной головки со сварочным инструментом выполнена с возможностью перемещения по оси Z при помощи другого микродвигателя и подшипника, эксцентрично укрепленного на валу двигателя.

Компьютерная мышь выполнена многокнопочной с возможностью управления движением сварочной головки.

Сварочная головка представляет легкосъемный электромеханический узел.

В корпусе расположена электрическая плата, имеющая микросхему цифровой синтезатор частоты для поиска и задания резонансной частоты ультразвуковому преобразователю частоты.

Содержит управляемый стабилизатор напряжения для управления мощностью сварочного импульса.

Содержит систему подачи проволоки, представляющую собой подающие губки, выполненные с возможностью отвода проволоки от сварочного инструмента и расположенные в рабочем положении от сварочного инструмента на расстоянии порядка 0.1 мм, что значительно повышает точность подачи проволоки и уменьшает значение минимальной длины стежка, который способна делать установка.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для ультразвуковой микросварки; на фиг.2 - ось-эксцентрик.

Устройство для ультразвуковой микросварки содержит корпус 1 (сборный), размещенный на фигурной плите 2 и состоящий из боковин 3, крышки 4, передней панели 5, сварочной головки 6, панели дисплея 7, манипуляторов управления сварочной головки 6. Один из манипуляторов представляет собой компьютерную мышь 8, а другой - пленочную клавиатуру 9, расположенную на фигурной плите 2. На фигурной плите 2 расположена стеклянная плитка 10 для передвижения предметного столика 11.

В корпусе 1 расположена электрическая плата, на которой расположена вся электроника, кроме блока питания. Для поиска резонанса и задания частоты ультразвуковому преобразователю частоты (ультразвуковой сварки) применена микросхема цифровой синтезатор частоты (микросхема, которая по командам с микропроцессора выдает необходимую частоту сигнала) и регулируемый импульсный стабилизатор напряжения для управления мощностью сварочного импульса (не показано) для повышения КПД.

На крышке 4 закреплен посредством кронштейна микроскоп (не показано).

На передней панели 5 распложена сварочная головка 6, представляющая собой механическую систему, включающую ультразвуковой преобразователь, волновод, держатель (15), сварочного инструмента 12 и оси-эксцентрика 13.

Ось-эксцентрик 13 расположен в левой части сварочной головки 6 и укреплен на валу первого микродвигателя 14. Ось-эксцентрик 13 выполнен для перемещения сварочной головки 6 по оси Y. Для перемещения по оси Z правой части сварочной головки 6 со сварочным инструментом 12 используется второй микродвигатель с эксцентрично укрепленным на его валу подшипником (не показано).

При работе с устройством для ультразвуковой микросварки предметный столик с изделием перемещается так, чтобы точка первой сварки оказалась под сварочным инструментом. Более точное позиционирование точки сварки можно осуществить, опустив сварочный инструмент на высоту поиска. Для этого нажать и удерживать кнопку «сварка» (по умолчанию кнопкой сварки является левая кнопка мыши).

Затем совмещают (опускают) сварочный инструмент с точкой первой сварки. Это можно сделать как вручную (перемещая мышь вправо), так и автоматически, нажав и отпустив кнопку сварки. При нажатии кнопки мыши инструмент опускается на высоту поиска; при отпускании - опускается на точку сварки.

Вручную совместить сварочный инструмент с точкой первой сварки можно также и с высоты поиска, удерживая нажатой кнопку сварки. Для этого нужно, удерживая нажатой кнопку сварки, перемещать мышь вправо. Сварка произойдет только после отпускания кнопки сварки.

Если заявленное устройство находилось в состоянии «заправка проволоки», то в начале опускания сварочного инструмента происходит подача проволоки сжатыми с усилием «зажим» губками. После касания сварочным инструментом сварочной поверхности и небольшого дополнительного опускания сварочного инструмента происходит сварочный импульс с параметрами первого режима сварки, усилие сжатия губок уменьшается и становится равным усилию контроля прочности. Если усилие контроля прочности отсутствует, то губки раскрываются. Если сварка произошла в результате отпускания кнопки сварки, то после сварки сварочный инструмент поднимется автоматически до исходного положения. Если же сварочный инструмент был опущен вручную (без нажатия кнопок мыши), то его также необходимо вручную поднять до исходного положения (перемещая мышь влево). Сварочный инструмент будет подниматься под углом к сварочной поверхности, который определяется параметром «процент совместного движения» из раздела меню «движение».

При поднятии сварочного инструмента от точки первой сварки происходит протяжка проволоки через сжатые с усилием «контроль» губки. Если усилие «контроль» равно нулю, то губки раскрыты.

Когда сварочный инструмент поднимется от сварочной поверхности на высоту петли, произойдет переключение режима сварки на второй режим и отход губок от сварочного инструмента на величину «подача». Если задана ненулевая длина петли, инструмент автоматически перемещается на заданную пользователем длину петли и наклоняется на соответствующий угол.

После чего совмещают (опускают) сварочный инструмент с точкой второй сварки. Это также можно сделать вручную или автоматически. В начале опускания сварочного инструмента губки сжимаются с суммарным усилием «контроль»+«петля». После касания сварочного инструмента сварочной поверхности происходит последовательно сварочный импульс и технологический обрыв проволоки. При отрыве проволоки губки сжимаются с дополнительным усилием «обрыв», превышающим усилие «зажим».

Если сварка произошла в результате отпускания кнопки сварки, то после сварки сварочный инструмент поднимется автоматически до исходного положения. Если же сварочный инструмент был опущен вручную (без нажатия кнопок мыши), то его также необходимо вручную поднять до исходного положения (перемещая мышь влево).

Когда сварочный инструмент поднимется от сварочной поверхности на высоту исходного положения, произойдет подача проволоки сжатыми губками и переключение режима сварки на первый режим. При подаче губки сжимаются с усилием «зажим». Если была задана ненулевая длина петли, сварочный инструмент автоматически переместится обратно в исходное положение. После этого представленное устройство перейдет в исходное состояние, готовое для сварки следующей перемычки.

Технологический обрыв проволоки происходит автоматически после совершения последней сварки в цикле.

В зависимости от конфигурации, в представленном устройстве могут использоваться следующие типы обрыва проволоки:

- магнитом: горизонтальным движением губок при помощи магнита обрыва;

- двигателем: горизонтальным движением инструмента при помощи двигателя;

- изломом: вертикальными движениями инструмента при помощи двигателя;

- подрубом: обрыв при помощи гильотины.

Тип обрыва можно изменить в режиме отладки «обрыв, подача».

При сварке ультразвуком неразъемное соединение металлов образуется при совместном воздействии на элементы механических колебаний с частотой 58-65 кГц относительно небольших сдавливающих усилий и теплового эффекта, сопровождающего процесс сварки. В результате в сварной зоне наблюдается небольшая пластическая деформация, которая обеспечивает надежное соединение элементов.

За счет манипулятора - компьютерная мышь и программного обеспечения, происходит объединение двух видов управления используемых в ручных устройствах микросварки. Компьютерная мышь пользуется для плавного и/или кнопочного управления движением сварочного инструмента, оперативного вызова специальных режимов, обучения устройства. Таким образом управлять можно как по шагам цикла нажимая и отпуская кнопку компьютерной мыши, так и плавно, передвигая компьютерную мышь.

Для оперативного управления служит компьютерная многокнопочная мышь. Перемещение мыши вызывает перемещение сварочного инструмента по оси Z или Y в зависимости от режима и состояния цикла работы заявленного устройства. Колесо и кнопки мыши служат для оперативных команд и могут перенастраиваться под разные стили работ.

Предметный столик не имеет манипулятора: его малый вес и антифрикционные прокладки обеспечивают быстрое и точное позиционирование на всем рабочем поле. Перемещение предметного столика производится вручную по стеклянной плитке, то есть гладкой поверхности с низким трением, без промежуточных манипуляторных рычагов, что повышает легкость и скорость позиционирования.

В устройстве для ультразвуковой микросварки все параметры микросварки, например, давление, задаются с клавиатуры посредством программного обеспечения. В режиме автоматического петлеобразования, при перемещении головки по Y производится смена угла наклона инструмента.

В устройстве для ультразвуковой микросварки используется система подачи проволоки - подающие губки, и оценочная система контроля прочности сварки путем протяжки проволоки через подающие проволоку губки при движении головки от первой сварочной точки ко второй.

Горизонтальное перемещение сварочного инструмента происходит перпендикулярно обычному для ручных установок микросварки (РУМ) и поэтому сварочный инструмент и сварочные точки находится в зоне резкости микроскопа при горизонтальных перемещениях сварочной головки.

Оператор имеет возможность для определенной технологической задачи из большого числа функций установки выбрать и назначить каждой кнопке многокнопочной мыши необходимую функцию и приписывать комбинацию одному или нескольким именным режимам.

В заявленном устройстве для ультразвуковой микросварки используется одна универсальная плата и механика для всех модификаций, то есть для изменения модификации устройства микросварки достаточно замены сварочной головки на соответствующую. При этом стиль управления и кинематические характеристики установки не меняются, что позволяет оператору одинаково работать на разных модификациях установки.

1. Устройство для ультразвуковой микросварки, отличающееся тем, что содержит корпус, размещенный на плите и состоящий из боковин, крышки, передней панели сварочной головки с микродвигателями, панели дисплея, причем для управления сварочной головкой используют компьютерную мышь и пленочную клавиатуру, расположенную на плите, имеющую стеклянную плитку для передвижения предметного столика, на крышке закреплен посредством кронштейна микроскоп, на передней панели распложена сварочная головка со сварочным инструментом, при этом левая часть сварочной головки имеет ось-эксцентрик, укрепленный на валу одного из микродвигателей и выполненный с возможностью перемещения сварочной головки по оси Y, а правая часть сварочной головки со сварочным инструментом выполнена с возможностью перемещения по оси Z при помощи другого микродвигателя и подшипника, эксцентрично укрепленного на валу двигателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что компьютерная мышь выполнена многокнопочной с возможностью управления движением сварочного инструмента.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сварочная головка представляет легкосъемный электромеханический узел.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе расположена электрическая плата, имеющая микросхему, цифровой синтезатор частоты для поиска и задания резонансной частоты ультразвуковому преобразователю частоты.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит управляемый стабилизатор напряжения для управления мощностью сварочного импульса.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит систему подачи проволоки, представляющую собой подающие губки, выполненные с возможностью отвода проволоки от сварочного инструмента и расположенные в рабочем положении от сварочного инструмента на расстоянии порядка 0,1 мм.