Устройство для ультразвуковой микросварки

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 21.10.77 (21) 2535588/25-27с присоединением заявки Йо(51)М. Кл. В 23 К 19/04 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретени В.И. Колешко и В.Я 1) Заявитель нститут электроники АН Белорусской ССР УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИ 10 Изобретение относится к ультразвуковой обработке материалов и может найти применение при сборке интегральных схем.Известно устройство для ультразвуковой микросварки, позволяющее производить приварку проволоки на кремний 11,Однако это устройство обладаетнизкой полосой пропускания действующих механических колебаний в зонемикросварки, что снижает качествосварки,Наиболее близким к предлагаемому,по технической сущности являетсяустройство для ультразвуковой ьякросварки, содержащее электрически соединенныв задающий генератор, предусилитель, усилитель, электроакустиеский преобразователь с измерительным сопротивлением, нулевойЮ.С-Фильтр(21,Недостаток этого устройства заключается в высокой добротности, чтоприводит к дестабилизации выходныхмеханико-акустических параметровультразвуковой колебательной системыпри выходе ее из механического раэрнанса. Цель изобретения - улучшение рав номерности амплитудно-частотной характеристики излучаемой акустической мощности.Это достигается тем, что в предлагаемое устройство дополнительно введены последовательно соединенные конвертор отрицательного сопротивления и преобразователь напряжениесопротивление, при этом конвертор от рицательного сопротивления включен в цепь нулевого НЬС-фильтра, а выход преобразователя напряжение-сопротивление подсоединен ко входу дифференциального усилителя.На фиг. 1 представлена Функциональная схема предлагаемого изобретения; на фиг, 2 - амплитудно-частотная характеристика выходных механических параметров сварочного инструмента.Устройство содержит задающий генератор 1, предусилитель 2, последовательно соединенные индуктивность 3, активное сопротивление 4 и конвер тор отрицательного сопротивления 5, образующие нулевой НЬС-Фильтр,нагруз кой которого является преобразовател напряжение-сопротивление 6, емкости 7 и 8, активное сопротивление 9,50 усилитель мощности 10, электроакустический преобразователь 11 с последовательно соединенным измерительнымсопротивлением 12, устройство обратной связи по фазе 13, выход которогосоединен со входом преобразователя1 напряжение-сопротивление 14, два других входа которого соединены с выходами симметричного фазоинвертора15. Вход фазоинвертора 15 и один входнулевого ВЬС-фильтра соединены с выходом предусилителя 2, а второй входнулевого КЬС-фильтра соединен с выходом Фаэоинвертора 15,Устройство работает следующимобразом.В статическом режиме при разомкнутых обратных связях на входы преобразователей напряжение-сопротивлениеб и 14, напряжение задающего генератора 1 через предусилитель 2, нулевойфильтр и усилитель мощности 10 подается на электроакустический преобразователь 11. Амплитуда механическихколебаний через волноводно-излучающую систему сварочным инструментомвводится в зону микросварки. Максимум амплитуды механических параметров (смещения, скорости, мощности,интенсивности) имеет место на резонансной частоте ж рп, кривая 1Фиг.2), Нулевой ВЬС-фильтр на частоте щоимеет максимум затухания0 С(кривая 2, фиг.2), где Ь и С - параметры фильтра, ш - отношение напряжений, подаваемых на входы фильтра.Настраивая В 7 С-фильтр так, чтобы 35его нулевая частота соо совпадалас частотой механического резонансаМ, колебательной системи, можнорасширить полосу частот, вводимыхв зону микросварки колебаний 1 кривая 3, фиг,2) . Это достигается тем,что на вход преобразователя с помощью резонансного нулевого фильтра подается напряжение в функции частоты,обратной частотной зависимости вещественной части входного импеданса45(механических параметров сварочногоинструмента)Однако в процессе изменения режимов эксплуатации реэонан.сная частота со м и механическаядобротность электроакустическогопреобразователя изменяются, что приводит к ухудшению равномерности АЧХвыходных механических параметров, Дляустранения этого введены две обратные связи подстройки параметров 55Фильт 1 а по нулевой частоте сои подобротности.Для изменения частоты соо регулируют величину коэффициента в. Дляэтого на выходе электроакустическогопреобразователя включено устройствообратной связи по фазе 13. Выходноенапряжение этого устройства, пропорциональное изменению частоты механического резонанса о , подается на вход преобразователя напряжение-сопротивление 14, изменяет его величину, а значит и изменяет величинувыходного напряжения фазоинвертора15, подаваемого на один из входовнулевого ВЬС-фильтра. Таким образом,при неизменном выходном напряжениипредусилителя управлением величины щподстраивается разонансная частотаФильтра ио до совпадения ее счастотой механического разонанса.Подстройка добротности нулевогоФильтра основана на управлении величиной добротности плеча, содержащегоиндуктивное сопротивление. Для этогоавтоматически изменяется величинавносимого в эту цепь отрицательногоактивного сопротивления конвертора5 посредством регулирования его сопротивления нагрузки б,Изменение величины механическойдобротности электроакустическогопреобразователя приводит к изменениютока через преобразователь, а значити к изменению напряжения, снимаемого с активного измерительного сопротивления 12. Это напряжение черездиФференциальный усилитель 16 подается на вход преобразователя напряжение-сопротивление б конвертора 5,В качестве примера преобразовательнапряжение-сопротивление выполнен надвух парах последовательно включенных биполярных транзисторов, Такаясхема позволяет получить хорошую характеристику в области малых сопротивлений 0-100 Ом.Повышение качества ультразвуковоймикросварки достигается за счет возможности строго фиксировать величинувводимой в зону сварки акустическоймощности, так как дестабилизация акустической мощности за счет выходаиз резонанса механической колебательной системы сведена до минимума.В качестве электроакустического преобразователя использован пьезокерамический преобразователь. Исходнаяширина его полосы пропускания равна 512 Гц или 0,7 от разонанснойчастоты Г = 75 кГц. После введениянулевого ВЬС-фильтра и цепей обратной связи полоса частот расшириласьдо 3,27 кГц или 4,4, При неизменности нагрузки на сварочный инструмент нестабильность амплитуды механических колебаний снизилась с 49до бЪ.Устройство может найти широкоеприменение,в прецизионных маломощныхультразвуковых установках для различных процессов обработки: резки, сверления, долбления, очистки, а такжедефектоскопии,Формула изобретенияУстрой ство для ультразвуковой микросварки, содержащее электрически733924 Г ь 1 Риг.2 Составитель В Техред Э,Чужих атин Коррект акаренко ктор Г, Нечаева б 0 Подпи си сественного комитета СССР бретений и открытийУ.-35, Раушская наб., д. Заказ 19 б 4/20 Тираж 1 ИПИ Государ по делам из 5, Москва,113 ППППатент. , г, Ужгород, ул. Проектна фнл соединенный задающий генератор, пред- усилитель, усилитель, электроакустический преобразователь с измеритель, ным сопротивлением, нулевой И 1 С- фильтр, дифференциальный усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности амплитудно-частотной характеристики излучаемой акустической ьрщности, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные конвертор отрицательного сопротивления и преобразователь напряжение-сопротивление, при этом конвертор отрицательного сопротивления включен в цепь нулевого ИС-фильтра, а выход преобразователя напряжение-сопротивление подсоединен ко входу дифференциального усилителя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетеЛьство СССР 9 538860, клВ 23 К 19/04 19772. Авторское свидетельство СССР В 391913, кл. В 23 К 19/04, 1972 (прототип) .