Устройство для сварки давлением

 

Изобретение относится к машиностроению , -а именно к оборудованию для сварки давлением, и может быть использовано для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем . Цель изобретения - повьшение качества сварных соединений за счет стабилизации сварочной нагрузки. Устройство содержит механизм вертикальных Шёремещений сварочной головки с шаговым приводом (ШП) и блоком управления (БУ) 9, датчик 7 сварочной.нагрузки , усилитель 8, тактовый генератор 10, АЦП 11, буферное оперативное запоминающее устройство, элемент задержки, RS-триггер, стробируемый вычитатель, два формирователя, два программатора и две схемы сравнения чисел. После подачи пускового сигнала на вход БУ 9 запускается ШП 6, который взаимодействует с механизмом 5 вертикальньк перемещений сварочной головки. .Сварочная головка 1 перемещается вниз в позицию сварки. Сигнал с выхода датчика сварочной нагрузки 7 усиливается усилителем 8 и преобразуется в цифровой код с помощью АЦП 11. В момент достижения сварочной нагрузкой оптимального значения формирователь 17 формирует на БУ 9 сигнал , который останавливает ШП 6 на время образования сварочного соединения , после чего ШП 6 возвращает сварочную головку 1 в исходное положение . Сварочная нагрузка стабилизируется в момент времени перед касанием сварочного инструмента детали. При этом-исключается влияние температурного дрейфа и остаточных напряжений на датчик нагрузки. 5 ил. «я (Л 4 сл СР 00 Ot) 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1459864 А 1 (51) 4 В 23 К T 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П1НТ СССР (21) 4297487/25-27 (22) 17.08.87 (46) 23.02.89. Бюл. N 7 (72) В.Н.Акимов, А.С.Илюкевич и А.П. Рыд зевс кий (53) 62 1.791.66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 959950, кл. В 23 К 11/10, 1981, Авторское свидетельство СССР

М 1026990,кл. В 23 К 11/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для сварки давлением, и может быть использовано для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Цель изобретения — повышение качества сварных соединений за счет стабилизации сварочной нагрузки. Устройство содержит механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом (ШП) и блоком управления (БУ) 9, датчик 7 сварочной.нагрузки, усилитель 8, тактовый гене- ратор 10, АЦП 11, буферное оперативное запоминающее устройство, элемент задержки, RS-триггер, стробируемый вычитатель, два формирователя, два программатора и две схемы сравнения чисел. После подачи пускового сигнала на вход БУ 9 запускается ШП 6, который взаимодействует с механизмом

5 вертикальных перемещений сварочной головки.,Сварочная головка 1 перемещается вниз в позицию сварки. Сигнал с выхода датчика сварочной нагрузки

7 усиливается усилителем 8 и преобразуется в цифровой код с помощью АЦП

t1. В момент достижения сварочной нагрузкой оптимального значения формирователь 17 формирует на БУ.9 сигнал, который останавливает ШП 6 на время образования сварочного соедине- фу ния, после чего ШП 6 возвращает сва-. рочную головку 1 в исходное положение. Сварочная нагрузка стабилизируется в момент времени перед касанием Я сварочного инструмента детали. При этом исключается влияние температурного дрейфа и остаточных напряжений вива на датчик нагрузки. 5 ил.

1459864

Изобретение относится к машиностроению а именно к оборудованию для сварки давлением, и может быть использовано для сборки полупроводЪН5 ковых приборов и интегральных микросхем.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений за счет стабилизации сварочной нагрузки. 10

На фиг. приведена структурная

Схема устройствами на фиг. 2 — струкурная схема блока управления, на фиг.3 — функциональная схема буферного оперативного запоминающего устройства емкостью N-слов с организацией первым вошел — первым вышел;; на фиг. 4— функциональная схема стробируемо-: го вычитателя; на фиг. 5 — временная диаграмма сигнала датчика усилия на- 20 гружения при сварке, Устройство для сварки давлением (фиг. 1) включает сварочную головку

1, состоящую из корпуса 2 и подпружиненного рычага 3 со сварочным инст- 25 рументом 4, механизм 5 вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом б,.датчик 7 сварочной нагрузки, выполненный в виде кремние,вой мембраны, на которую напыпены 30 пленочные тенэорезисторы, соединенные в двуплечий мост, закрепленный на подпружиненном рычаге 3, усилитель

8, входом подключенный к датчику 7 сварочной нагрузки, блок 9 управления шаговым приводом с пусковым сигналом на первом входе, выходом подключенный к шаговому приводу 6, тактовый -енератор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, буферное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 12 емкостью N-слов, работающее по принципу первым вошел— первым вышел, элемент 13 задержки, RS-триггер 14, стробируемый вычитатель 15 первый 16 и второй 17 .Формироватепь, первый 18 и второй 19 программатор и первую 20 и вторую

21 схемы сравнения, причем АЦП 11 аналоговым входом подключен к выходу усилителя 8, тактовым входом — к выходу тактового генератора 10, выходом готовности — к входу элемента

13 задержки и тактовому входу буферного. 03У 12, а информационным вхОдОм 55 к информационному входу буферного

ОЗУ 12 и первому входу стробируемого вычитатепя 15, второй вход которого соединен с выходом буферного ОЗУ

1 2, тактовый вход — с выходом э и емента 12 задержки, а выход — с первыми входом первой схемы 20 сравнения и первым входом второй схемы 21 сравнения, вторые входы которых подключены к выходу первого 18 и второго

19 программаторов соответственно, выход первой схемы 20 сравнения через первый формирователь. 16 подклю" чен к R-входу RS-триггера 14, а выход второй схемы 21 сравнения через второй формирователь 1I7 - к второму входу блока 9 управления шаговым приводом и S-входу RS-триггера 14, выход котарого соединен с входом разрешения записи буферного ОЗУ 12, Блок 9 управления шаговым приводом (фиг. 2) содержит два формиро,вателя 22 и 23, элемент 24 задержки, ° два RS-триггера 25 и 26, управляемый генератор 27, реверсивный счетчик

28 импульсов, коммутатор 29 фаз и два элемента 2ИЗО и 31.Первым и вторым входами блока 9 управления (фиг. 1-3) соответственно являются вход формирователя

28,вход формирователя 23.Выход форми- рователя 22 подключен к S« входу триггера 26 и первому входу элемента 2И

3 1 выход Которого подключен к 8входу триггера 25, выход которого подключен к управляющему входу генератора 27, выходом подключенного к второму (счетному) входу коммутатора 29 фаз и второму (счетному) входу счетчика 28, выход "Заем" которого подключен к первому входу элемента 2И 31, выход которого подключен к R-входу триггера 25,.

Выход формирователя 23 подключен к второму входу элемента 2И 31, входу элемента 24 задержки и R-входу триггера 26, выход которого подключен к первым входам счетчика 28 и коммутатора 29 фаз, выход которого является выходом блока 9 управления. Выход элемента 24 задержки подключен к второму входу элемента 2И 30.

Буферное ОЗУ 12 емкостью,N-слов, работающее по принципу первым вошелпервым вышел (фиг. 3) выполнено в виде N последовательно соединенных параллельных регистров Р> 1, Р,,2,;..., P„N, причем информационный вход регистра Р г1 является информационным входом буферного ОЗУ 12, а выход регистра РгЫ вЂ” выходом буферного ОЗУ

12, при этом тактовые входы и входы разрешения записи всех регистров объ

1459864 единены и являются тактовым входом и входом разрешения записи буферного

ОЗУ 12 соответственно, Устройство работает следующим об,разом.

До подачи пускового сигнала на блок 9 управления сварочная головка

1 находится в исходном состоянии, после включения питания RS-триггер 14 устанавливается в состояние логической "1" сигналом, по времени действия превышающим величину ЛТ = N4t, где N — объем буферного ОЗУ 12; dt период тактового генератора 10, поэтому RS-триггер разрешает запись инФормации в буферное ОЗУ 12.

После подачи пускового сигнала на вход блока 9 управления запускается шаговый привод б, который взаимодействует с механизмом 5 вертикальных перемещений, и сварочная, головка 1 начинает перемещение вниз в позицию сварки, при.этом сигнал с выхода датчика 7 сварочной нагрузки, который до касания сварочного инструмента 4 со свариваемыми деталями, т.е. до воздействия на подпружиненный рычаг 3 сварочной нагрузки, определяемый температурным дрейфом датчика ? сварочной нагрузки, наличием остаточных деформаций в подпружиненном рычаге 3 после предыдущей. сварки, дребезгом сварочной головки 1 и так далее, поступает на вход усилителя 8, усиливается и проходит на аналоговый вход . АЦП 11, который через промежутки . времени d t запускается тактовым генератором 10, преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой код и формирует сигнал готовности АЦ-преобразования, поступающий с выхода готовности АЦП 11 на тактовый вход буфер.ного ОЗУ 12 и вход схемы 13 задержки, которая передает сигналы готовности

АЦП 11 на тактовый вход стробируемо го вычитателя 15 с задержкой, определяемой временем установления результата вычитания на выходе стробируемого вычитателя и равной 150200 нс. Одновременно сигнал с цифро.вого выхода АЦП 11 поступает на первый вход стробируемого вычитателя

15 и информационный вход буферного

ОЗУ 12„ при этом информация продвигается по буферному ОЗУ 12 при каждом появлении сигнала готовности АЦП

11 на тактовом входе буферного ОЗУ

12 и спустя время (Nbt) становится его выходной информацией, которая поступает на второй вход стробируемого вычитателя 15, Стробируемый вычитатель 15 осуществляет операцию вы-. читания цифрового кода с выхода АЦП

11 от цифрового кода с выхода буферного ОЗУ 12, поэтому на выходе стробируемого вычитателя 15 формируется цифровой код, равный разности текущего значения цифрового кода с выхода

АЦП 11 от цифрового кода с выхода

АЦП 11, задержанного на время, Ndt.

Учитывая, что остаточные напряжения . в подпружиненном рычаге 3 и температурный дрейф датчика усилия нагружения 7 в промежуток времени, непосредственно предшествовавший касанию сварочного инструмента со свариваемыми деталями, изменяются неэначи— тельно вследствие инерционности тепловых и механических характеристик, происходящих в пропружиненном рычаге, а величина Nd t мала (порядка 1 мс), сигналы на обоих входах стробируемого вычитателя 15 равны, íà его выходе фррмируется нулевой цифровой код, который поступает на первые входы .первой 20 и второй 21 схем сравнения.

ЗО Код на выходе программатора 18 выход которого подключен к второму входу первой схемы 20 сравнения, является критерием касания сварочного инструмента 4 со .свариваемыми деталями и

35 определяет величину изменения нагрузки 4Р а (dT) за период времени МТ

= Ndt после касания сварочного инструмента 4 со свариваемыми деталями (фиг ° 5). Код на выходе программа-, тора 19, выход которого подключен к второму входу второй схемы 21 сравнения, определяет оптимальную величину сварочной нагрузки.

С момента касания сварочного ин45 струмента 4 со свариваемыми деталями датчик 7 сварочной нагрузки начинает воспринимать возрастающую по мере опускания сварочной головки 1 сварочную нагрузку на подпружиненном рычаге 3, поэтому разность текущего и задержанного на время Nat сигналов датчика сварочной нагрузки также возрастает, а в момент, времени Т цифровой код на выходе стробируемого вы читателя 15 превышает код, установленный на выходе программатора 18, соответствующий нагрузке на подпружиненном рычаге З Р „„(CT) (фиг. 5).

При этом срабатывает схема 20 сравмирователь 23 и запускает его, формирователь 23 вырабатывает отрицательный импульс, который, поступив на

К-вход триггера 26, устанавливает на его выходе сигнал логического "О", который поступает на первый вход счетчика 28 и коммутатора 29 фаз. Этот же отрицательный импульс с формирователя 23 поступает на второй вход элемента 2И 31, а через элемент 2И 31 на К-вход триггера 25 и устанавливает на выходе триггера 25 сигнал логического "О", KOTopblH останавливает работу генератора 27 и соответственно счетчика 28 и коммутатора 29 фаз.

Этот же отрицательный импульс, задержавшись на время сварки 5-80 мс„ ollределяемое элементом 24 згдержж, поступает на второй вход элемента 2И

30, с его выхода — на S-вход триггера 25 и устанавливает на выходе триггера 25 сигнал логической "1", который с выхода триггера 25 поступает на управляющий вход генератора 27, который возобновляет свою работу и соответственно работу счетчика 28 и коммутатора 29 фаз. Причем коммутатор

29 фаз ксммутирует свои выходы в последовательности 4-3-2-1-4 ... (сварочная головка 1 идет. вверх), счетчик

28 работает в режиме вычитания и с приходом каждого импульса на счетный вход счетчика 28 код состояния счетчика 28 уменьшается до нуля, поспе чего на выходе "Заем" счетчика 28 вырабатывается отрицательный импульс, который через первый вход элемента 2И

3! поступает Hà R-вход триггера 25 и устанавливает на выходе триггера 25 сигнал логического "О", тем самым останавливая работу генератора 27 и соответственно счетчика 28 и коммутатора 29 фаз (сварочная головка в исходном состоянии).

Блок 9 управления шаговым приводом работает следующим образом (фиг. 2).

На первый вход блока управления шаговым приводом поступает сигнал внешнего триггера 26, а через схему

2И ЗО на выходе триггера 25 — состояние сигнала логической "1". Сигнал логической "1" с выхода триггера 25 поступает на управляющий вход генератора 27, который начинает генери-. ровать импульсы для работы коммутатора 29 фаз и счетчика 28 импульсов.

Коммутатор 29 фаз может коммутировать свои выходы в последовательности

1459864 нения и запуска формирователя 16, который устанавливает по К-входу триггер 14 в состояние логического "0", который поступает на вход разрешения с выхода АЦП 11 Таким образом, 5 на выходе буферного ОЗУ 12 остается информация, соответствующая сигналу с датчика усилия нагружения Рр произведенная в момент времени T =

-- Т вЂ” Ndt (фнг. 5). При дальнейшем увеличении нагрузки на подпружиненном рычаге 3 стробируемый,вычитатель 15 постоянно вычитает цифровой код, соответствующий величине Р, поступающий на его второй вход с выхода буферного ОЗУ 12 из кода текущего измерения, поступающего на его первый вход непосредственно с выхода АЦП

11 а в момент времени Т 8 значение 2р цифрового кода на .выходе стробируемого вычитателя 15 превышает значение цифрового кода, соответствующего оптимально сварочной нагрузки дР 8 (dT), установленного на выходе 25 программатора 19, что вызывает срабатывание схемы 21 сравнения, которая запускает формирователь 17. Импульс с выхода формирователя 17 по— ступает на второй вход блока 9 уп- ЗО . равления, который сигналом с выхода останавливает шаговый привод 6 на время, необходимое для образования сварного соединения, фиксируя при этом оптимальную сварочную нагруз,ку. Импульс с формирова.еля 17 поступает также íà S-вход К$-триггера 14 и ус- танавливает последний в состояние логической "1". Сигнал логической

"1" поступает на вход разрешения за- 40 писк буферного ОЗУ 12, снова разрешает продвижение измеряемых АЦП 1! значений, а.через время Nht разница кодов на входах стробируемого вычитателя 15 снова становится меньше, 4g значений, задаваемых программаторами

18 и 19 и, следовательно, схемы 20 и

21 сравнения устанавливаются в исходное состояние, после чего устройство готово к следующему циклу работы. бО

По окончании процесса сварки блок

9 управления запускает шаговый при- . вод 6 и сварочная головка 1 возвращается в исходное состояние.

При поступлении сигнала на второй вход блока 9 управления шаговым приводом 6 (сигнал о достижении нагрузки на свариваемые детали оптимального значения) он подает сигнал на фор1459864

1-2-3-4-1... либо в последовательности 4-3-2-1-4 ... в зависимости от состояния на первом входе коммутатора 29 фаз. В данном случае на первом входе коммутатора 29 фаз будет .состояние сигнала логической "1" сигналом внешнего пуска, коммутатор 29 фаз коммутирует свои выходы в последовательности 1-2-3-4-1..., а сварочная головка 1 перемещается в позицию сварки. Этот же сигнал логической "1" поступает на первый вход счетчика 28 и устанавливает его в режим суммирования, а с приходом каждого импульса с генератора 27 на счетный вход счетчика 28 код состояния счетчика 28 увеличивается на единицу.

Буферное ОЗУ 12 (фиг. 3) работает следующим образом.

При подаче тактового сигнала на тактовый вход буферного ОЗУ 12 в случае, когда на вход разрешения записи подается логическая "1", происходит запись информации, присутствующей в данный момент на информационном входе буферного ОЗУ 12 в его первый регистр P„i при этом предьщушее измерение переписывается во второй регистр Pr2 буферного ОЗУ 12 и так далее, а (Х-N+1) где I — номер текущего измерения, измерение переписывается в N-й регистр буферного ОЗУ

12 и становится выходной информацией буферного ОЗУ 12. Дальнейшее тактирование буферного ОЗУ приводит к .. продвижению его входной информации вправо на каждый тактовый импульс-.

При подаче на вход разрешения записи сигнала логического "О" продвижение информации в буферном ОЗУ 12 прекращается, à íà его выходе присутствует информация, находящаяся в его последнем регистре перед подачей на вход разрешения записи логического

"О"

Ф

Стробируемый вычитатель 15 (фиг.4) состоит из последовательно соединенных вычитателя 32 и параллельного регистра 33, причем первым и вторым входами стробируемого вьтчитателя 15 являются первый н второй вход вычитателя 32, тактовым входом стробируемого вычитателя 15 является тактовый вход параллельного регистра 33, а выходом стробируемого вычитахепя 15 является выход параллельного регистра 33.

4р где X(Z) — образ входного сигнала фильтра, снимаемого с выхода АЦП 11;

Y(Z) - образ выходного сигнала фильтра, снимаемого с вы45 хода стробируемого вычитателя 15;

Z — оператор преобразования, N — емкость буферного ОЗУ 12, и амплитудно-частотную характеристику

5р (Ачх) А(и ) = 2sin (ddt

2 (2) Реализация данного фильтра позволяет исключить интегральные ошибки измерения, связанные с температурным дрейфом сигнала датчика 7 сварочной нагрузки и с наличием остаточных напряжений в месте контакта датчика

Стробируемый вычитатель 15 (фиг.4) работает следующим образом.

При подаче цифровых кодов на пер5 вый и второй вход вычитателя 32 (первый и второй вход стробируемого вычитателя 15) информация на его выходе, соответствующая реальному значению разности двух входных чисел появляется с задержкой, определяемой временной задержкой работы вычитателя 32. Поэтому для исключения появления ложной информации на выходе стробируемого вычитателя 15 информация с выхода вычитателя 32 переписывается в параллельный регистр 33 при поступлении на его тактовый вход тактового импульса с задержкой, в несколько раз превышающей временную

2р задержку работы вычитателя 32, по отношению к моменту поступления информации на входы вычитателя 32. Таким образом, на выходе параллельного ре" гистра 33 всегда присутствует инфор25 мация, соответствующая реальному зна.чению разности двух чисел.

Теоретически работа устройства поясняется следующим образом.

Часть устройства, включающая бу3р ферное ОЗУ 12 и стробируемый вычитатель 15 с элементом 13 задержки, до момента Т и после Tcs + Ид реализует функцию цифрового нерекурсивного гребенчатого фильтра, имеющеЗ5 го передаточную функцию

1459864

7 сварочной нагрузки с подпружиненным рычагом 3 при частом изменении нагрузки.

На время изменения полезного сигнала при касании инструмента 4 сва5 риваемой поверхности (фиг, 5) от То до Тсп данный фильтр отключается сигналом, поступающим на вход раз-. решения записи в буферное ОЗУ 12, Так 10 как этот интервал достаточно мал (порядка 1 мс), то интегральная ошибка, набегаемая эа это время, практически равна нулю.

Емкость буферного ОЗУ t2 подбирают для конкретной конструкции сварочной головки 1, исходя из анализа сигнала X(nest)т снимаемого с выхода

11, который определяется скоростью возрастания нагрузки во время касания инструмента 4 свариваемой поверхности (которая зависит от жесткости подпружиненного рычага 3 и скорости движения привода 6) по формуле

25 (3) Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить качество сварных соединений путем стабилизации сварочной нагрузки, стабилизи- 45 рует сварочную нагрузку относительно сигнала нагрузки в момент времени, непосредственно предшествовавший касанию сварочного инструмента свариваемой поверхности, чем Полностью ис- 50 ключаются интегральные ошибки, связанные с температурным дрейфом сигнала датчика сварочной нагрузки и с влиянием остаточных напряжений на датчик сварочной нагрузки ° 55 где д — основная гармоника сигна- 30 пс ла X(nest) с датчика 7 сварочной нагрузки. в момент ,касания.

Соотношение (3) выводится из (2), исходя из условия совпадения максимумов АЧХ Х(йпс) сигнала, снимаемого с выхода АЦП 11 при касании инструмента 4 свариваемой поверхности,и

АЧХ А(о ) фильтра, определяемой из выражения (2) .

Формула изобретения

Устройство для сварки давлением, содержащее сварочную головку, состоящую из корпуса и подпружиненного, рычага со сварочным инструментом, механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом, датчик сварочной нагрузки, закрепленный на подпружиненном рычаге, усилитель, входом подключенный к датчику сварочной нагрузки, и блок управпения шаговым приводом с пусковым сигналом на первом входе, выходом подключенный к шаговому приводу, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем стабилизации сварочной нагрузки, в него введены тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, буферное оперативное запоминающее устройство, элемент за- . держки, RS-триггер, стробируемый вычитатель, два формирователя, два программатора и две схемы сравнения, причем аналого-цифровой преобразова- . тель аналоговым входом подключен к выходу усилителя, тактовым входом— к выходу тактового генератора, выхо- дом готовности — к входу элемента задержки и тактовому входу буферного оперативного запоминающего устройства, а информационным выходом - к информационному входу буферного оперативного запоминающего устройства и первому входу стробируемого вычи.тателя, второй вход которого соединен с выходом буферного оперативного запоминающего устройства, тактовый вход - с выходом элемента задержки, а .выход — с первыми входами первой и второй схем сравнения, вторые входы которых подключены к выходам первого и второго программаторов соответст-. венно, выход первой схемы сравнения через первый формирователь подключен к К-входу RS-триггера, а выход второй схемы сравнения через второй формирователь — к второму вхцду блока управления шаговым приводом и S-входу RS-триггера, выход которого соединен с входом разрешения записи бу-. ферного оперативного запоминающего устройства.

14598б4

&од ра

ЯР/ЮСй

7i7Km

Ixoo сюра шапеля

2- й

1459864

Составитель В.Грибова

Редактор И.Шулла.. Техред JI.Cåðäþêîâà Корректор Л.Патай

Заказ 397/13 . Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5. с

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4