Устройство для сварки давлением

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 94 В 23 К 11/ ЕТЕНИ ОПИСА ра, вхо ждущего третьей выход п "Обратнь а,нГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМЪ( СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР У 624742, кл. В 23 К 11/04, 1976.Авторское свидетельство СССР У 889335, кл. В 23 К 11/04, 1.980,Авторское, свидетельство СССР У 965667, кл. В 23 К 11/04, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ, содержащее ультразвуковой генератор, соединенный с ультразвуковым преобразователем, последовательно соединенные индуктивный датчик, выполненный в виде дополнительной обмотки, намотанной поверх обмотки возбуждения ультразвукового преобразователя, механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом и блок управления шаговым приводом, соединенный с выходом ультразвукового генератора и элементами пуска и управления, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности сварки за счет повышения точности и скорости определения момента касания свариваемых материалов, в него введены компаратор, схема ЗИ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, задающий генератор, два инвертора, три дифференциальных цепочки, ждущий мультивибратор, два триггера, схема 2 И, две схемы 2 ИЛИ, управляемый мультивибратор, причем компаратор первым входом подключен к индуктивному датчику, вторым входом соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выходомсвязан с первым входом схемы ЗИ ипервым входом первого триггера, второй вход которого подключен к выходупервой дифференциальной цепочки, аего выход соединен с первым входомсхемы 2 И, второй вход последней подключен к выходу второй дифференциальной цепочки, а выход схемы 2 Иподключен к первому входу первой схемы 2 ИЛИ и входу ультразвукового генератора, выход которого соединен спервым входом второй схемы 2 ИЛИ, ко"торая вторым входом связана с вторымвходом первой схемы 2 ИЛИ, а выходомсоединена с входом ждущего мультивибратора и входом сброса реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, а вход "Прямой счет" подсоединен к выходу схемы ЗИ, второйвход последней связан с выходом задающего генератора, а третий ее входсоединен с выходом первого инвертод которого соединен с выходоммультивибратора и входом дифференциальной цепочки, оследней подключен к входу й счет" реверсивного счетчика и первому входу второго триггер второй вход последнего соединен с выходом первой схемы 2 ИЛИ, а его выход соединен с входом управляемого мульФивибратора, выход которого связан с входом первой дифференциальной цепочки и входом второго и вертора, причем выход последнего подключен к входу второй дифференциальной цепочки.1 12423Устройство для сварки давлением относится к микроэлектронике, а именно к области сборки полупроводника вых приборов и интегральных микросхем. 5Целью изобретения является повышение производительности сварки за счет повышения точности и скорости определениямомента касания сваривае-мых материалов. 10Нафиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений отдельных элементов устройства,115.Устройство для сварки давлением состоит из ультразвукового генератора 1, соединенного с ультразвуковым преобразователем 2 индуктивного датчика 3, выполненного в виде дополнительной обмотки, нанесенной поверх обмотки возбуждения ультразвукового преобразователя 2, механизма вертикальных перемещений 4 сварочной головки 5, шагового привода 6, подключенного к выходу блока 7 управления шаговым приводом, первый вход которого соединен с выходом "Конец сварки" ультразвукового генератора 1, второй вход - с выходом "Время сварки" ультразвукового генератара30 третий вход - с сигналом "Пуск 1", а четвертый вход - с сигналом "Установка 0", цифроаналогового преобразователя 8, схемы ЗИ 9, первого триггера 10, компаратора 11, который первым входом подключен к индуктивному датчику 3, вторым входом - к вьиоду цифроаналогового преобразователя 8, а выходом - к первому входу схемы ЗИ 9 и первому входу первого триггера 10,ф 0 первой дифференциальной цепочки 12, выход которой; подключен ко второму входу первого триггера 10, второй дифференциальной цепочки 13, первой схемы 2 ИЛИ 14, с 7 семы 2 И 15, первым входом соединенной с выходом первого триггера 10, вторым входом - с выходом второй дифференциальной цепочки 13, а выходом - с первым входом первой схемы 2 ИЛИ 14 и входом ультразвукового генератора 1, первого инвертора 16, задающего генератора 17, реверсивного счетчика 18, ждущего мультивибратора 19, второй схемы 2 ИЛИ 20, первый вход которой подключен к Я выходу "Конец сварки" ультразвуковогд генератора 1, второй вход - к второму входу первой схемы 2 ИЛИ 14 а вы 20 3ход - ко входу ждущего мультивибратора 19 и входу "Установка 0" реверсивного счетчика 18, который вьиодомсоединен со входом цифроаналоговогопреобразователя 8, а входом "Прямойсчет" - с выходом схемы ЗИ 10, второйвход которой связан с выходом задающего генератора 7, а третий вход -с выходом первого инвертора 16, второго триггера 21, управляемого мультивибратора 22, второго инвертора 23,третьей,цифференциальной цепочки 24,входом соединенной со входом первогоинвертора 16 и выходом ждущего мультивибратора 19, а выходом - со входом"Обратный счет" реверсивного счетчика 18 и с первым входом второго триггера 21, второй вход которого подключен к вьиоду первой схемы 2 ИЛИ 14, авыход - к входу управляемого мультивибратора 22, выходом соединенногосо входам первой дифференциальнойцепочки 12 и входом второго инвертора 23, который выходом подключенко входу второй дифференциальной цепочки 13,1Блок 7 управления шаговым приводом состоит иэ генератора 25 импульсов, первого триггера 26, первой ивторой схем 2 И 27 и 28, схемы ЗИ29, первым входом подключенной к выходу первого триггера 26, вторымвходом - к выходу генератора 25 им-.пульсов третьим входом, являющимся вторым входом блока 7 управленияшаговым приводом - к выходу "Времясварки ультразвукового генератора 1,а вьиодом - к первым входам первойи второй схем 2 И 27 и 28, второготриггера 30, коммутатора фаз 31 иреверсивного счетчика 32, которыйвходом "Прямой счет" соединен с выходом первой схемы 2 И 27, входом "Обратньсй счет" - с выходом второй схемы 2 И 28, входам "Установка 0" - счетвертым входом блока 7 управленияшаговым приводом, выходом - с входом компаратора 31 фаз, у котороговыхоц является вьиодом блока 7 управления шаговым приводом, а выходом"Обратный перенос" реверсивный счетчик 32 связан с вторым входом первого триггера 26, первым входом соеди"ненного с третьим входом блока 7управления шаговым приводом и с первым входом второго триггера 30, второй вход которого подключен к вьпсодуратора 1, первый вход - к второмувходу первой схемы 2 И 27, а второйвыход - к второму входу второй схемы2 И 28,Устройство работает следующим 5образом;До подачи сигналов "Пуск " и"Установка О" оператор после включения устройства в сеть подает импульс"Пуск 2", после которого производится запоминание максимума амплитудыхолостого хода, т.е, максимума амплитуды сигнала, поступающего с индуктивного датчика 3 на первый вход компаратора 11.до момента касания свариваемых материалов. Сигнал "Пуск 2",который подается на второй вход второй и первой схем ИЛИ 20 и 4, появляется на их выходе и поступает навход "Установка О" реверсивного счетчика 18, на вход ждущего мультивибратора 19 и на второй вход второготриггера 21. При этом второй триггер 21 переводится в исходное .состояние, при котором сигнал с его выхода, поступающий на вход управляемогомультивибратора 22, блокирует выходпоследнего таким образОм, что на немпостоянно присутствует сигнал логического ."О", который подается на зовход второго инвертора 23. На выходепоследнего присутствует сигнал логической "1", который поступает навход второй дифференциальной цепочки 13. Так как иа входе второй дифференциальной цепочки 13 присутствуетпостоянный сигнал, то на ее выходе присутствует сигнал логического"О" (фиг. 2), который подается навторой вход схемы 2 И 15 (фиг. 1) и 40обеспечивает присутствие на ее выходе сигнала логического "О" навсе время запоминания максимума амплитуды сигнала холостого хода(фиг. 2 ж)е Это приводит к тому что 4на входе ультразвукового генератора 1 (фиг. 1) во время й не может появиться импульс на запускультразвукового генератора 1. Одно"временно сигнал, приходящий на вход 0"Установка О" реверсивного счетчика 18, устанавливает на выходе последнего нулевой код, который подается на вход цифроаналогового пре образователя 8 и на выходе последнего устанавливает нулевое напряжение(О В), которое подается на второйвход компаратора 11. Устройство готово к запоминанию максимума сигнала холостого хода.По поступлению импульса "Пуск 2" на вход ждущего мультивибратора 19 последний вырабатывает сигнал (фиг, 2 5), поступающий на вход первого инвертора 16, На выходе первого инвертора 16 появляется сигнал логической "1", поступающий на третий вход схемы ЗИ 9, на втором входе которой присутствуют импульсы, поступающие с выхода задающего генератора 17.При превьппении сигналом, поступающим от индуктивного датчика 3 на первый вход компаратора 11, нулевого напряжения (фиг, 2 а) компаратор 11 вырабатывает сигнал логической "1" (фиг. 28), который с его выхода поступает на первый вход схемы ЗИ 9 (фиг. 1) и разрешает прохождение импульсов с выхода задающего генератора 17 на ее выход. Импульсы с выхода схемы ЗИ 9 поступают на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 18, который производит их сложение, и выходной код на его выходе изменяется, Цифроаналоговый преобразователь 8 преобразует этот код в напряжение, которое по мере поступления импульсов на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 18 возрастает. Это напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 8 подается на второй вход компаратора 11, и в те промежутки времени, когда ее величина меньше величины сигнала, поступающего на первый вход компаратора 11 (фиг. 2 а), компаратор продолжает вырабатывать сигналы логической "1" (Фиг. 23),которые поступают на первый вход схемы ЗИ 9 (фиг. 1) и по-прежнему разрешают поступление импульсов с выхода задающего генератора 17 на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 18, который продолжает их суммировать, и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 продолжает возрастать до тех пор, пока не достигнет максимума сигнала, пос" тупающего от индуктивного датчика 3 (фиг. 2 а). По окончании сигнала зп устройство переводится в режим ожидания момента касания свариваемых материалов, при этом на третьем входе схемы ЗИ 9 появляется сигнал логического "О", который запрещаетФпрохождение импульсов с выхода задающего генератора 17 на выход схемы ЗИ 9 и на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 18. Одновременно по заднему фронту сигналана выходе третьей дифференциальной цепочки 24 появляется короткий импульс, поступающий на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 18, который вы О читает этот импульс из числа импульсов, поступивших с выхода схемы ЗИ 9 на вход Прямой счет" реверсивного счетчика 18, выходной код на выходе последнего уменьшается на единицу 15 младшего разряда, а величина напряжения. на выходе цифроаналогового преобразователя 8 уменьшается на величину напряжения, соответствующего дискретности цифроаналогового преобра О зователя 8. Таким образом, величина напряжения на втором входе компаратора 11 оказывается меньше максимума сигнала с индуктивного датчика 3 на величину в пределах дискретности 25 цифроаналогового преобразователя 8 (фиг. 2 а), Последнее условие является необходимым для надежной работы устройства, так как вследствие дискретности цифроаналогового преобразо О вателя 8 (фиг. 1) может создаться ситуация, когда до прохождения последнего импульса на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 18 напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 меньше максимума сигнала от индуктивного датчика 3, а после прохождения становится больше (фиг. 2 а) и при дальнейшей работе устройства эта ситуация может быть О расценена как ситуация, при которой произошло касание.Одновременно с подачей импульса с выхода третьей дифференциальной цепочки 24 (фиг. 1) на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 18 этот импульс поступает и на первый вход второго триггера 21, переводя последний в состояние, противоположное исходному, при котором сигнал с ,его выхода поступает на вход управляемого мультивибратора 22, последний начинает вырабатывать импульсы частотой 50-60 кГц и скважностью близкой к "1" (фиг. 2 г). Данные требования выбраны в связи с тем, что частота импульсов, поступающих с индуктивного датчика 3 (фиг. 1) обычно равна 65-67 кГц, а для нормальнойработы устройства необходимо, чтобыза период следования импульса с выхода управляемого мультивибратора22 с вероятностью, равной 1, прошелхотя бы один импульс с индуктивного датчика 3.Дальнейшая работа устройства происходит следующим образом.Оператор подает сигнал "Установка 0" на четвертый вход блока 7 управления шаговым приводом, устанавливая последний в исходное состоя-.ние, Затем подает сигнал "Пуск 1"на третий вход блока 7 управленияшаговым приводом, сигнал с выходапоследнего поступает на шаговый привод 6, который начинает спускать механизмом 4 вертикальный перемещенийсварочную головку 5,Управляемый мультивибратор 22вырабатывает импульсы, поступающиес его выхода на вход первой дифференциальной цепочки 12, на выходе которой, появляется короткий импульс,который переводит первый триггер 10в исходное состояние, при этом прикасании на его выходе присутствуетсигнал логической "1". Ь случае, если касание не произошло, т,е. амплитуда сигнала с индуктивного датчика3 не уменьшилась, наступит момент,когда максимум этого сигнала превыситнапряжение на втором входе компаратора 11 и последний переключается,причем импульс с его выхода поступает на первый вход первого триггера10 и переводит его в состояние,противоположное исходному (фиг, 2 в),при котором на выходе первого триггера 10 появится сигнал логического"0, который, поступая на первыйвход схемы 2 И 15 (фиг. 1), запрещает появление на ее выходе импульса,поступающего на вход УЗГ 1, т.е. запрещается запуск УЗГ 1.В случае же, если касание произош-ло, амплитуда сигнала с индуктивногодатчика 3 уменьшается (фиг. 2 л) икомпаратор 11 (фиг. 1) не переключается, первый триггер 10 остается висходном состоянии (фиг. 2 ц), т.е,на его выходе будет присутствоватьсигнал логической "1", который поступает на первый вход схемы 2 И 15(фиг. 1). Пе окончании импульса свыхода управляемого мультивибратора22, поступающего на вход инвертора 23, а с его выхода - на вход дифференциальной второй цепочки 13, на выходе последней формируется короткий им 5 пульс (фиг, 2), который поступает на второй вход схемы 2 И 15 (фиг. 1) и формирует на выходе схемы 2 И 15 импульс й касания (фиг. 2 ж), который поступает на вход ультразвукового генератора 1 и запускает последний, а также поступает на вход схемы 2 ИЛИ 14, а с ее выхода - на второй, вход второго триггера 21 и переводит последний в исходное состояние, 15На время процесса сварки на второй вход блока 7 управления шаговым приводом с выхода "Время сварки" ультразвукового генератора 1 поступает сигнал, который препятствует появле нию на выходе блока 7 управления шаговым приводом сигналов на дальнейшее опускание шагового привода 6 и останавливает последний на время сварки. По окончании процесса свар ,ки на выходе "Конец сварки" ультра.звукового генератора 1 появляется сигнал, который поступает на первый вход блока 7 управления шаговым приводом, формируя на его выходе сигнал 30 на поднятие шаговым приводом 6 сварочной головки 5. Этот же сигнал поступает на второй вход второй схемы 2 ИЛИ 20, с ее выхода - на вход "Установка О" реверсивного счетчика 18 и на вход ждущего мультивибратора 19. Так как второй триггер 21 уже находится в исходном состоянии и на него сигнал подавать не надо, то подача сигнала на вход "Ус" 40 тановка О" реверсивного счетчика 18 и на вход ждущего мультивибратора 19 соответствует ситуации, когда. производится запоминание максимума ампли-. туды холостого хода. 45 1Таким образом, сигнал "Пуск 2" используется только перед самой первой сваркой, а на последующих сварках его заменяет сигнал с выхода "Конец сварки" ультразвукового генератора 1,50 поэтому подавать для дальнейших сварок сигнал "Пуск 2" не требуется.Блок 7 управления шаговым приводом работает следующим образом.Генератор 25 импульсов постоянно вырабатывает импульсы, которые поступают на второй вход схемы ЗИ 29, на третьем ее входе присутствуЕт сигнал логической "1", поступающий с выхода Время сварки" ультразвукового генератора 1. Первый триггер 26 находится в,исходном состоянии, при котором на его выходе присутствует сигнал логического нО., который присутствует и на первом входе схемы ЗИ 29 и запрещает появление на ее выходе импульсов с выхода задающего генератора 25,Таким образом, импульсы не появляются ни на входах первой и второй схем 2 И 27, и 28, ни на входах "Прямой счет" и "Обратный счет" реверсивного счетчика 32, поэтому выходной код его не изменяется и шаговый привод 6 находится в покое, После подачи оператором сигнала "Установка О" на четвертый вход, блока .7 управления шаговым приводом на выходе реверсивного счетчика 32 появляется нулевой код, соответствующий исходному положению сварочной головки 5. После подачи оператором сигнала "Пуск 1" на третий вход блока 7 управления шаговым приводом первый триггер 26 переводится в состояние, противоположное исходному, при котором на его выходе появляется сигнал логической "1", поступающий на первый вход схемы ЗИ 29 и разрешающий появление на ее выходе и на первых входах первой и второй схем 2 И 27 и 28 импульсов, поступающих с выхода генератора 25 импульсов на второй вход схемы ЗИ 29Одновременно по сигналу "Пуск 1" второй триггер 30 переводится в состояние, при котором на его первом выходе появляется сигнал логической "1", поступающий иа второй вход первой схемы 2 И 27 и разрешающий появление на ее выходе импульсов, а на втором выходе второго триггера ЗО появляется сигнал логического "О", поступающего на второй вход второй схемы 2 И 28 и запрещающего появление на ее выходе импульсов. Импульсы с выхода первой схемы 2 И 27 поступают на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 32, который суммирует их, его выходной код меняется и поступает на вход коммутатора 31 фаз, последний коммутирует фазы шагового привода 6, который опускает сварочную головку 5 до момента касания свариваемых материалов. После касания свариваемых материалов на выходе"Время сварки" ультразвукового генератора 1 на время сварки появляЪтся сигнал логического "О", которыйпоступая на третий вход схемы ЗИ 29,запрещает появление на ее выходе импульсов, поступающих на ее вход свыхода генератора 25 импульсов, Та"ким образом, и тульсы не поступаютни на первый вход первой схемы 2 И 1 О27, ни на вход "Прямой счет" ревер"сивного счетчика 32. Выходной кодна выходе реверсивного счетчика 32не изменяется, а поэтому щаговыйпривод 6 находится в покое, По окончании времени сварки с выхода "Конец сварки" ультразвукового генератора 1 на второй вход второго триггера ЗО проходит сигнал, который переключает его в противоположное состояние, при котором на нервом еговыходе появляется сигнал логического"О", поступающий на второй вход первой схемы 2 И 27 и запрещающий появление,на ее выходе импульсов, а на 25втором выходе второго триггера 30появляется сигнал логической "1",поступающий на второй вход второйсхемы 2 И 28 и разрешающий появлениена ее выходе импульсов. Одновременно З 0с окончанием времени сварки на выходе "Время сварки" ультразвукового генератора 1 появится сигнал логической "1", разрешающий прохоядение импульсов с выхода генератора импульсов 25 на.выход схемы ЗИ 29, на первьй вход второй схемы 2 И 28, .на ее выход и на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 32, который вычитает их из числа импульсов, поступивших на его вход "Прямой счет". Выходной код на выходе реверсивного счетчика 32 изменяется и поступает на коммутатор 3 1 Фаз, который коммутирует Фазы таким образом, что шаговый привод 6 поднимает сварочную головку 5. При появлени на выходе реверсивного счетчика 32 нулевого кода на его выходе Обратный счет" Формируется импульс, который поступает на второй вход триггера 26, переводя его в исходное состояние. Ша-. говый привод 6 останавливается.и покоится до подачи следующего сигнала "Пуск 1". Сигнал "Установка О" подавать больше не надо, так как на выходе реверсивного счетчика 32 присутствует нулевой код,Предлагаемое устройство .не требу-. ет наличия никаких подстроечных элементов, что приводит к автоматичес" кой настройке и, следовательно, к повышению производительности.1242320 Составитель В, Катиоссей Техред Н.Бонкало Корректор А, Зимокос Редактор Подписное аказ 3650/1 Тираж 1001ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений113035, Москва, Ж, Ра комитета СССР и открытийушская наб., д. 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4