Система автоматического управления процессом пайки

ро п).СТЕМА АВТОМАТПРОЦЕССОМ ПАЙканал, пргулируемпостоянн 4)(57) РАВЛЕН я опт и лучени ИЧЕСКОГОКИ, содерж иемник ой диафраг ого тока,скийс нереитель. мой и усил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИИ САНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ(56) 1. АвСССР 9 561604,11.74.2. АвторсР 393735, к19.08.70 (п 83, Бюл, Р 33ипов, В.Д.Борисенко,и А,В,Яцуновут проблем литья АН УкР1.3(088.8)торское свидетельство37, кл. В 23 К 3/00,образующие канал измерения тепловогпотока, и исполнительное устройство регулирования нагрева, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения надежности управленияпроцессом пайки, она снабжена программным устройством, линеаризующимустройством и дополнительным приемником излучения с регулируемойдиафрагмой и усилителем с постоянным коэФФициентом усиления, причемк последнему подключены встречновыходы от обоих- приемников излучения, образуя канал измерения теплового контраста, в канал измерениятеплового потока после .усилителявведено линеаризующее устройство,а выходы обоих каналов подсоединены.к исполнительному устройству черезпрограммное устройство.30 Изобретейие относится к пайке, в частности к устройствам для автоматического управления процессом нагрева по изменению интегрального коэффициента излучения материала деталей и припоя, и может быть использовано в машиностроении, электронной пРомышленности.Одним из основных факторов, обеспечивающих качество паяных соединений, является соблюдение режима 10 пайки: определенная скорость нагрева на участке до момента расплавления припоя, точная фиксация момента достижения деталями температуры рас-, плавления припоя, определенная вы держка при температуре пайки, определенная скорость охлаждения, Существенно важным этапом управления процессом пайки является выработка сигнала об окончании нагрева припоя.Известно устройство для получения сигнала о достижении температуРы плавления припоя, содержащее керамическую лодочку с токоподводами и ленту припоя, соединяющую токо- подводы 1 .Недостатками описанного устройства являются необходимость замены ленты припоя после каждой пайки и различие условий нагрева припоя в изделии и припоя в датчике.Наиболее близкой по техниЧеской сущности к изобретению является система автоматического управления процессом пайки, содержащая оптический канал, приемник излучения с не- регулируемой диафрагмой и усилитель постоянного тока; образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство регулирования нагрева. 40Согласно указанной системы сигнал об окончании нагрева припоя получают путем дифференцирования предварительно усиленного первичного электрического сигнала, получаемого пре образованием части потока энергии, излучаемой припоем в зоне пайки, при помощи оптического датчика 2 .Указнное устройство основано на том, что при достижении припоем темпера туры плавленияпроисходит изменение его интегральногокоэффициента излуче-. ния,которое приводит к изменению пер-, вичного сигнала.В результате этого изменения на дифференцирующей цепочке вырабатывается в виде единичного импульса сигнал об окончании нагрева припоя, используемой для управления исполнительным блоком, разрывающим цепь питания нагревателя.Недостатком прототипа является 60 его невысокая надежность вследствие того, что появление сигнала от моментарасплавления припоя может явиться следствием причин случайного характера, не связанных с про цессом нагрева припоя. Такими причинами могут быть загрязнение окна колпака электропечи или защитного окна оптического канала в производственных условиях,не предусмотренные изменения в. режиме йагрева электропечи, колебания напряжения в цепи питания нагревателя, изменения в подаче защитной атмосферы и т,д. Кроме того, невозможно осуществить автоматическое поддержание заданного температурного режима работы печи, например определенной скорости нагрева и охлаждения деталей, выдержки при температуре расплавления припоя и т,д. При этом отсутствие преобразовательного канала, дающего информацию о температуре детали, приводитк низкой надежности процесса пайки деталей, к снижению качества паяных соединений из-за отклонений от температурного режима обработки деталей.Цель. изобретения - повышение надежности управления процессом пайки,Поставленная цель достигаетдя тем, что система автоматйческого управления процессом пайки, содержащая оптический канал, приемник излучения с нерегулируемой диафрагмой и усилитель постоянного тока, образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство, регулирования нагрева, снабжена про-, граммным устройством, линеаризующим устройством и дополнительным приемни ком излучения с регулйруемой диафрагмой и усилителем с постоянным коэффициентом усиления, причем к последнему подключены встречно выходы от обоих приемников излучения, образуя канал измерения теплового контраста, в канал измерения теплового потока после усилителя введено линеаризующее устройство, а выходы обоих каналов подсоединены к исполнительному устройству через программное устройство.На чертеже приведена Функциональная схема системы автоматического управления процессом пайки.Схема включает паяемую деталь 1, припой 2, нерегулируемую диафрагму 3, интегральный приемник 4 излучения детали, усилитель 5 постоянного тока (УПТ), линеаризующее устройство б, Например логарифмический преобразователь, регулируемую диафрагму 7, интегральный приемник 8 излучения припоя, усилитель 9 с постоянным коэффициентом усиления, оптический канал 10, например линзовый, программное уетройство 11, пропорционально-. интегральный дифференциальный (ПИД) регулятор 12, усилитель 13 мощности, нагреватель 14 паяемой детали, колпаковая водородная печь 15 для пайки деталей, входное окно 16 печи,10 Система автоматического управления процессом пайки содержит одиноптический, например линзовый, канал 10, каналы 3-6 измерения теплового потока от паяемой детали и каналы 7-9 теплового контраста междудеталью и припоем.Интегральными приемниками 4 и 8излучения могут быть любые быстродействующие (постоянная времени ихнеможет быть больше времени расплавления припоя, составляющего0,1 с) тепловые преобразователи.Усилитель 9 представляет собой,например, устройства, работающиена принципе модуляция в , усиление - 35демодуляция импульсной последовательности квазипостоянного напряже-ния, со строго постоянным коэффициентом усиления и гальванической разфвязкой между входом и выходом. 20Линеаризирующее устройство 6представляет собой, например, логарифмический преобразователь входной величины, пропорциональной Тгде Т - абсолютная температура детали, либо устройство, .позволяющеепреобразовать например, извлекатькорень четвертой степени) Т в величину, пропорциональную температуре,Программное устройство 11 термических процессов в водородной печипозволяет задать четыре участка:1 - выполняется команда "Подъемтемпературыф (скорость нагрева 1050 град/мин ; 11 - выполняется команда "Подъем температуры" (скорость 5нагрева 1-10 град/мин), 111 - выполняется команда ."Время выдержки" (от0-1000 мин); 1 У - выполняется коман. да "Снижение температуры" (скоростьохлаждения от 1-20 град/мин). Переключение программного устройствас одного участка программы на дру-.гой происходит автоматически придостижении температуры объекта, равной пороговому значению температу-45ры (между участками 1 -11, от появления сигнала иэ канала измерениятеплового контраста, соответствующего моменту расплавления припоямежду участками 11 - П 1) и по истече нии времени выдержки ( между участками П 1-1 У) .Программное устройство может бытьвыполнено иэ блока режима обработкипоступающих иэ каналов сигналов,блока управления щаговым двигателем,55коммутатора Фаз шагового двигателя,блока выдержки времени, декадногоделителя и блока питания,ПИД-регулятор 12 может состоятьиз усилителя: сигнала рассогласования, промежуточного усилителя,ПИД-звена. На усилитель сигнала рас-согласования подается два сигнала:один сигнал, соответствующий задан- ..ной программе от многооборотного 65 потенциометра, а другой - пропорцио. нальный температуре детали, из канала измерения температуры. Эти два сигнала сравниваются, при их равенстве на выходе усилителя рассогласования выходное напряжение равно нулю. Промежуточный усилитель осуществляет усиление сигнала рассогласования. Чем больше его коэффициент усиления, тем больше точность работы системы слежения.Усилитель 13 мощности нагрева представляет собой безынерционное устройство, например тиристорный или магнитный усилитель, которыйуправляется аналоговым сигналом,Система работает следующим образом.После загрузки в водородную печь партии паяемых деталей герметично закрывают колпак этой печи, проду. вают ее азотом, водородом и поджигают факел в соответствии с технологической картой. Включают водяное охлаждение и производят настройку программы на требуемый технологический процесс, Например, на программном устройстве 11 набирают: скорость нагрева на 1 участке 30 град/мин; скорость нагрева на.11 участке 10 град/мин; время выдержки . 2 мин; скорость охлаждения 10 град/мин до 400 ОС, после чего выключают печь. Затеи с помощью оптического канала выбирают необходимый участок припоя на детали и наводят два канала таким образом, чтобы .излучение от припоя 2 попадало на приемник 8 с регулируемой диафрагмой 7, а приемник 4 излучения детали фиксировал излучение от детали 1 через нерегулируемую диафрагму 3. С помощью регулируемой диафрагмы 7 добиваются полной компенсации сигналов от двух приемников 4 и 8, что означает равенство нулю напряжения на входе усилителя 9 с постоянным ,коэффициентом усиления. Наличие регу ируемой диафрагмы позволяет вырав-. нять тепловые потоки от детали и приоя при любой температуре, ниже темературы расплавления припоя, когда происходит резкое изменение значения интегрального коэффициента излучения припоя. Сигнал рассогласования, соответствующий разности тепловых потоков от детали 1 и припоя 2, которая возникает в момент фазового перехода припоя 2 изтвердого состояния в жидкое, сл."жительствует о моменте расплавления припоя и используется в программном устройстве 11 для автоматического переключения программы с П участка на Ш , т.е. от нагрева к выдержке.Канал измерения теплового потока обеспечивает переключение программного устройства 11 с 1 участка на1039 бб 2 Составитель Ф.КонопелькоТехред А;Ач Корректог. С, Иекмар Редактор М, Келемеш Заказ 6795/11 Тираж 1106ПодписноеВИИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 1 3035 р Москва, Ж, Раушская наб ., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 П-й и выключение цечи после 1 Ч участчка, Кроме того, по этому каналу происходит слежение за заданньм темпомнагрева и охлаждения. Следящая система программного устройства 11 обеспечивает слежение температуры объектаза опорным напряжением на многооборотном потенциометре, который приводится в движение шаговым двигателем.В зависимости от скорости вращенияшагового двигателя изменяется скорость подъема или снижение температуры объекта. Скорость изменения температуры устанавливается отдельным потенциометром,После усиления напряжения Ч с приемника 4 излучения детали в УПТ 5оно с помощью преобразователя 6,например логарифмического, преобразуется к виду сЕ ч:Е я,цЕ.т, где б - постоянная Стефана-Больцма-на;Е - коэффициент излучения детали; 25Т - абсолютная температура.Это позволяет линейно по температуре проградуировать шкалу показыУающего температуру прибора и с помощью многооборотн+о линейного потенциометра очень просто следить .и задавать скорость ее изменения.Однако канал измерения теплового потока нельзя считать каналом измерения абсолютной температуры детали, а тем более припоя, так какабсолютное значение коэффициента излучения детали из конкретного материала не известно и его трудно точно измерить. По этой же причинеэтот канал нельзя использовать дляточного определения температуры расплавления припоя, так как отклонение температуры детали от ее истинного значения может составлятьо50 С. Однако наличие такого канала позволяет уверенно следить заскоростью изменения температурыобъекта и управлять темпом нагреваи охлаждения детали с помощью программного устройства 11, ПИД-регулятора 12 и безынерционного усилителя13 мощности нагрева. При любыхотклонениях скорости изменения температуры детали от заданной мощность, подаваемая на нагреватель14, изменяется, осуществляя тем самым обратную связь в системе управления процессом пайки, Для повьшения помехоустойчивости управленияПИД-регулятор выделяет из всегоспектра сигналов импульсы, длительность которых не меньше заданной,и не пропускает импульсы, длительность которых более заданной длительности процесса расплавленияприпоя (ф 01 с),Предлагаемая система позволяетв два раза увеличить надежностьуправления процессом пайки, так какустраняет влияние на этот процесстаких факторов, как загрязнениеокон электропечи и оптических элементов системы управления, изменениетемпературного режима печи, отклонение от режима водяного охлаждения,подачи водорода, различных электрических помех, и позволяет полностьюавтоматизировать процесс пайки.