Устройство для сварки давлением

)5 В 23 К 20/10 ЭОИРБ,"н 1Х Г:.ь НИЕ ИЗОСВИДЕТЕЛЬСТВУ РЕТЕНИ О К АВТОРСКО элект.Лобуроводникросхем. ления по я считыого преГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Конструкторское бюро точногронного машиностроения72) В.Н.Акимов, А,С.Илюкевич и Анец(56) Авторское свидетельство СССРМ 1549698, кл. В 23 К 11/04, 1987.Авторское свидетельство СССРЬ). 1459864, кл. В 23 К 11/24, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИНИЕМ(57) Использование: сборка полупковых приборов и интетральных миСущность изобретения: блок управсигналу готовности преобраэованивает выходной код аналого-цифров Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к сборке полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.Цель изобретения - повышение точности стабилизации сварочной нагрузки,На фиг, 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема привязки нулевого уровня; на фиг. 3 - структурная схема суммирующего усилителя с переменным коэффициентом усиления; на фиг. 4 - сигналы на элементах устройства при сбросе его в ноль, где 0 - пусковой сигнал на первом входе блока управления; О - сигнал на пусковом входе1первой схемы привязки нулевого уровня; О 2 - сигнал на выходе готовности нулевого уровня первой схемы привязки нулевого уровня; Оз - сигнал на выходе линии задержки; 02 - сигнал на выходе готовности нулевого уровня второй схемы привязки образователя и сравнивает текущее значение цифрового кода с кодом, занесенным в память блока управления и соответствующим оптимальной нагрузке на свариваемые детали. При касании проводником детали датчик нагрузки воспринимает сварочную нагрузку по мере опускания механизма вертикальных перемещений, при достижении ее оптимального значения блок управления прекращает работу коммутатора фаз и шаговый привод останавливается на время образования сварочного соединения, Присоединение осуществляется методом термокомп рессионной, ультразвуковой или термозвуковой сваркой и для этого зависимо от сварки устройство может содержать нагреватель с терморегулятором и ультразвуковой генератор. 4 ил. нулевого уровня; Ог"- сигнал на выходе готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя,Устройство для сварки давлением состоит из (фиг, 1) станины 1, шагового привода 2, закрепленного на станине 1, сварочной головки 3, состоящей из корпуса 4 и держателя 5 сварочного инструмента 6, соединенных между собой через две плоскопараллельные пластины 7, механизма 8 вертикальных перемещений сварочной головки 3, взаимодействующего с шаговым приводом 2, катушки с проволокой 9, распо-. ложенной на корпусе ной нагрузки, закреп плоскопараллельных 11, входом подключен ку 10 сварочной нагр 12, аналого.цифровог коммутатора фаз 14 и 4, датчика 10 сварочленного на одной из пластин 7, усилителя ного к первому датчиузки, линии задержки о преобразователя 13, блока управления 15с пусковым сигналом на первом входе, первым и вторым выходом подключенного к первому и второму входам коммутатора фаз 14, третьим - к пусковому входу аналогоцифрового преобразователя 13, выход последнего подан на второй вход блока управления 15, а выход готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя 13 - к третьему входу блока управления 5, причем выход коммутатора фаэ 14 подключен к шаговому приводу 2, а также второго датчика 16 сварочной нагрузки, закрепленного на второй плоскопараллельной пластине 7, источника 17 опорного напряжения и последовательно соединенных второго усилителя 18, вычитателя 19, первой схемы 20 привязки нулевого уровня, суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления 21 и второй схемы 22 привязки нулевого уровня, Выход первого усилителя 11 подключен к второму входу вычитателя 19, пусковой вход первой схемы 20 привязки нулевого уровня - к четвертому выходу блока управления 15, выход готовности нулевого уровня первой схемы 20 привязки нулевого уровня - к входу линии задержки 12, выход линии задержки 12 - к пусковому входу второй схемы 22 привязки нулевого уровня, выход источника 17 опорного напряжения 17 - к второму входу суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления, выход второй схемы 22 привязки нулевого уровня - к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 13, выход готовности нулевого уровня второй схемы 22 привязки нулевого уровня - к четвертому входу блока управления 15, а второй датчик 16 сварочной нагрузки - к входу второгоусилителя 18. Каждая схема 20 и 21 привязки нулевого уровня (фиг. 22) состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 23, цифроаналогового преобразователя 24 и вычитателя 25, второй вход которого объединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 23 и является входом схем 20 и 21 привязки нулевого уровня, при этом выходом схем привязки нулевого уровня является выход вычитателя 25, выходом готовности нулевого уровня - выход готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя 23, а пусковым входом - пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 23.Суммирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления 21 (фиг, 3) состоит из: переключателя 01, операционного усилителя 02, в цепь обратной связи которого включены последовательно соединенные резисторы Вос и Вос, резистор Вос является подстроечным, входных резисторов Ви Вх, подключенных к инвертирующему вхо д 1( операционного усилителя 02 и В 1, В 2,В ЗВп резисторов, подключенных к входам переключателя 01, причем выходы переключателя объединены и поданы на инвертирующий вход операционного усили теля 02, резисторы В 1, В 2, ВЗВп также объединены и подключены к резистору Ввх, а инвертирующий вход операционного усилителя 02 соединен с нулевой шириной, при этом первым входом суммирующего 15 усилителя 21 с переменным коэффициентомусиления является резистор Ввх, вторым - резистор В ех, а выходом - выход операционного усилителя 02.Устройство работает следующим обра зом.В исходном состоянии до опусканиясварочной головки 3 в позицию сварки сигналы с датчиков 10 и 16 сварочной нагрузки, которые расположены на внутренней по верхности плоскопараллельных пластин 7усиливаются усилителями 11, которые являются дифференциальными, и поступают на входы вычитателя 19. Вычитатель 19 осуществляет операцию вычитания сигнала с дат чика 10 от сигнала с датчика 16, при этом,учитывая, что датчики 10 и 16 сварочной нагрузки представляют собой кремниевые мембраны, на которые напылены тонкопленочные резисторы, соединенные в двухпле чий мост, выполненные по интегральнойтехнологии на одной кремниевой пластине, т.е. датчики 10 и 16 имеют близкие по значению характеристики, в процессе вычитания происходит компенсация 40 температурного дрейфа датчиков 10 и 16сварочной нагрузки и компенсация смещения этих датчиков, вызванная наличием остаточных напряжений в плоскопараллельных пластинах 7 после их 45 нагружения и раэгружения, Следует отметить, что полезные сигналы от датчиков 10 и 16 сварочной нагрузки, несущие информацию о сварочной нагрузке, складываются, так как при нагружении сварочной головки 50 3 один из датчиков работает на растяжение,а другой - на сжатие.При подаче оператором пускового сигнала на первый вход блока управления 15 (фиг. 4, момент времени с 1), последний вы рабатывает на своем четвертом выходе прямоугольный импульс длительностью 12 - Ф 1 (фиг, 4), запускающий первую схему 20 привязки нулевого уровня. Первая схема 20 привязки нулевого уровня запоминает смещение, присутствующее на ее входе которое определяется разбросом параметров датчиков сварочной нагрузки и усилителей , 11 и 18, и в дальнейшем вычитает его иэ сигнала текущего значения сварочной нагрузки, т.е. привязывает выход первой схемы 20 к нулевому значению при отсутствии нагрузки. Преобразованный таким образом сигнал поступает на суммирующий усили-. тель 21 с переменным коэффициентом усиления, на второй вход которого подается сигнал с выхода источника 17 опорного напряжения, Суммирующий усилитель 21 с пе. ременным. коэффициентом усиления суммирует сигналы на его входах, причем сигнал с выхода источника 17 опорного напряжения усиливается не более чем в полтора раза, в итоге на выходе суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления присутствует смещенный на величину опорного напряжения сигнал, усиленный не более чем в полтора раза, плюс сигнал, равный ошибке сброса в ноль первой схемы 20 привязки нулевого уровня, умноженный на коэффициент усиления суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления. Смещение выхода суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления необходимо для исключения влияния смещения, вызванного ошибкой сброса в ноль первой схемы 20 привязки йулевого уровня. Так, если выход суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления смещен в положительную область сигнала, а датчики 10 и 16 сварочной нагрузки подключены к дифференциальным усилителям 11 и 18 так, что при приложении сварочной нагрузки выход суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления изменяется в сторону уменьшения сигналадиапазон изменения полезного сигнала, несущего информацию о сварочной нагрузке, всегда превышает напряжение, при котором суммирующий усилитель 21 с переменным коэффициентом усиления входит в насыщение. Для окончательной привязки сигнала к нулевому уровню после обнуления первой схемы 20 привязки нулевого уровня, последняя формирует сигнал с выхода готовности нулевого уровня на линию задержки 12, которая формирует прямоугольный импульс, длительностью с 4 - тз (фиг. 4), которая зависит от скорости передачи сигнала с входа суммирующего усилителя 21 с переменным коэффициентом усиления на его выход, составляющая величину порядка 10-20 мкс, на пусковой вход второй схемы привязки нулевого уровня 22,По окончании этого импульса запускается вторая схема 22 привязки нулевого10 20 25 равления 15, по которому блок управления 30 35 моугольный импульс со своего третьего вы 40 45 50 55 уровня (фиг, 4, момент времени ц), которая запоминает значение сигнала на ее входе и вычитает его из текущего значения. Таким образом, при отсутствии сварочной нагрузки на выходе второй схемы привязки нулевого уровня 22, а следовательно, на входе аналого-цифрового преобразователя 13 присутствует нулевое напряжение, В момент готовности обнуления второй схемы 22 привязки нулевого уровня последняя формирует отрицательный перепад напряжения (фиг.4, момент времени 15) на своем выходе готовности нулевого уровня и подает его на четвертый вход блока управления 15, по которому на его третьем выходе формируется прямоугольный импульс, поступающий на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 13. Аналого-цифровой преобразователь 13 преобразует нулевое напряжение в нулевой код и в момент готовнрсти преобразователя (фиг. 4, момент времени св) подает нулевой перепад напряжения со своего выхода готовности преобразования на третий вход блока уп 15 устанавливает на своем втором выходе сигнал логической "1", а на первом выходе - возрастающий на единицу двоичный код.Коммутатор фаз 4 начинает коммутировать обмотки шагового привода 2, который через механизм 8 вертикальных перемещений перемещает сварочную головку 3 вниз в позицию первой сварки. В дальнейшем блок управления 15 вновь формирует пряхода на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 13, последний преобразует напряжение на своем входе в цифровой код и вырабатывает сигнал готовности преобразования, поступающий на третий вход блока управления 15, Блок управления 15 по сигналу готовности преобразования считыаает значение выходного кода аналого-цифрового преобразователя 13 и в дальнейшем повторяет операции запуска,: считывания готовности преобразования и считывания выходного кода аналого-цйфрового преобразователя 13, а также сравнивает текущее значение цифрового кода аналого-цифрового преобразователя 13 с кодом, занесенным в память блока управления 15, который соответствует оптимальной нагрузке на свариваемые детали.При касании привариваемым проводником, размешенным в капиялярном(свариваемые детали) отверстии сварочного инструмента 6, закрепленного в держателе 5, датчики 10 и 16 сварочной нагрузки начинают воспринимать сварочную нагрузку по мере опускания механизма 8 ьертикальныхперемещений из-за прогиба плоскопараллельных пластин 7 и в момент достижения сварочной нагрузкой оптимального значения, т,е.при равенстве текущего кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 13 и кода, занесенного в память блока управления 15, последний прекращает работу коммутатора фаз 14 шагавый привод 2 останавливается на время, необходимое для образования сварного соединения, Присое-. динение осуществляется методами термокомпрессионной, ультразвуковой или термоэвуковой сварки, поэтому дополнительно устройство может содержать в зависимости от вида сваркинагреватель с терморегулятором и ультразвуковой генератор, а в качестве держателя 5 может служить ультразвуковой преобразователь, По окончании процесса сварки блок управления 15 устанавливает на своем втором выходе сигнал логического нуля, при котором блок управления 15 вновь запускает коммутатор фаз 14 на подъем сварочной головки 3 на высоту, необходимую для образования петли, В дальнейшем оператор перемещает сварочную головку 3 в позицию второй сварки, совмещает сварочный инструмент 6 с местом второй сварки на траверсе поибора и подает пусковой сигнал на первый вход блока управления 15, по которому коммутатор фаз 14 коммутирует шагоэый приьод 2 на опускание сварочной головки 3 в позицию второй сварки, Пооцесс выполнения второй сварки аналогичен процессу ьыполнения первой сварки, По окончании формирования перемычки оператор обрывает проводник по утонению проволоки вблизи второй сварки.Схемы 20 и 22 привязки нулевого уровня работают следующим образом фиг. 2),После подачи пускового сигнала на пусковой вход аналого-цифрового преобразователя 23 последний преобразует аналоговый сигнал, который присутствует на его входе, в цифровой код за время тпр фиг,4), Цифровой код фиксируется на вь 1 ходе аналого-циФрового преобразователя 23 и не изменяется до подачи следующего пускового сигнала. Зафиксированный таким образом сигнал преобразуется цифроаналоговым преобразователем 24 в аналоговый и поступает на вход вычитателя 25, на второй вход которого приходит входной аналоговый сигнал. Так как на обоих входах вычитателя 25 сигналы равны, на его выходе присутствует нулевое напряжение, относительно которого в дальнейшем изменяется текущее значение входного сигнала.Суммирующий усилитель 21 с переменным коэффициентом усиления фиг. 3) представляет собой операционный усилитель 02, включенный в режиме инвертирования входного сигнала, КоэФфициент усиления суммируощего усилителя с переменным ко эффициентом усиления грубо регулируетсяпутем подключения параллельно входному резистору Яо одного из Я 1, Я 2, Я 3, Вп резисторов с помощью переключателя 01 и точно регулируется потенциометром Яос 1, 10 включенным в цепь Обратной связи операционного усилителя 02. Резистор Явх выбирается приблизительно равным сумме номиналов резисторов Вос и Вос при этом сигнал, присутствующий на резисторе Явх 1, 15 практически без усиления передается навыход операционного усилителя О 2. С помощью резисторов В 1, Я"2, ЯЗЯ"и выбирается диапазон изменяемых нагрузок, а с помощью резистора Во производится со гласование аналогового сигнала с цифровым кодом. Блок управления 15 представляет собоймикропроцессорную систему следующим25 образом,Блок управления 15 устанавливает навсех своих выходах коды логического "0",Далее анализируется состояние первоговхода и при поступлении на последний сиг 30 нал логической "1" осуществляется привязка нулевого уровня сигнала тензодатчиков10 и 16, затем блок управления 15 осуществляет управление перемещением сварочной головки 3 (фиг, 1) до создания последней35 сварочной нагрузки на свариваемые элементы. После этого блок управления 15 производит задержку на время, необходимоедля формирования сварного соединения.Значение времени задержки записывается40 в памяти блока управления 15 заранее, Далее блок управления 15 управляет перемещением сварочной головки 3 вверх навысоту формирования петли, заранее записанную в памяти блока управления 15. По 45 сле этого блок управления 15 ожидаетперемещение управляющим персоналомсварочной головки 3 в позицию второй сварки и при появлении сигнала логической "1"на первом входе блока управления 15 по 50 следний переходит к управлению перемещением сварочной головки 3 до созданияпоследней нагрузки на свариваемые элементы значением Р 1, заранее записанным впамяти блошка управления, Далее произво 55 дится задержка на время формированиявторого сварного соединения, после чегоблок управления 15 управляет перемещением сварочной головки 3 вверх в исходноеположение на высоту, заранее записаннуюв памяти блока управления 15.Управление привязкой нулевого уровня Блок управления установит на своемсигналатензодатчиков производится следу- втором выходе сигнал логической "1",разющим образом. решив тем самым работу коммутатора фазБлок управления 15 формирует на сво, Далее декрементируется цифровой кодем четвертом выходе импульс длительно на первом выходе блока управления 15; постью 2 мкс для запуска первой схемы 20 которому коммутатор фаз 14 переключитпривязки нулевого уровня, после чего про- свое состояние, что шаговый привод 2 переалее локуправлеиэводится задержка длительностью 50 мкс, местится на шаг вверх, Далее бл кво время которой согласно приведенной ния 15 сравниваетзначение цифрового кодапри описании работы устройства по фиг. 1 10 на своем первом выходе со значением высопоследовательностидействий вторая схема ты подъема сварочной головки Нз ., за а 22 и ивязки н левогор у вого уровня успеет пере- нее записанным в памяти блока управленияключиться в неготовность, т.е, на ее выходе 15, Если текущее значение цифрового кодаготовности установится сигнал логической на первом выходе блока управления 15 не"1". Далее производится ожидание появле достигло значения Нд, то блок управлениявхо е блока и авл ниния сигнала логического "0" на четвертом 15 производит задержк певходе лока управления 15, после появле- ем следующего блока длительностью приния которого блок управления 15 считает близительно 100 мкс, необхо имр у ул вог уровня завершенной и того, чтобы шаговый привод 2 успел перемепереходит к выполнению последующих дей ститься в заданную позицию, Этот процессповторяется до момента достижения сваУправлениедвижениемсварочнойголо- рочной головки 3 высоты Нвки 3 до соз ания т еб моты зад, после чегод я тре уемои нагрузки на блок управления 15 устанавливает кодлогисвариваемые детали осуществляется следу- ческого "0" на своем втором выходе,ющим образом. 2 5 Таким образом, устройство позволилоБлок управления 15 устанавливает на снизить влияние температурного дрейфасвоем втором выходе сигнал логической "1", датчиков 10 и 16 сва ч,сварочной нагрузки и ндлипо которому разрешается работа коммута- чия остаточных напряжений в плоскопа ал. Др ентируется циф- лельных пластинах 7, а также расширитьпрлровой код на пе вом выхи авления 1 .,р о выходе блока 30 диапазон изменения полезного сиу р 5., по которому коммутатор фаэ несущего информацию о сварочной нагрузо вых гнала,т привело к повышению точности ста 14 переключит свое состояние так, что ша- ке, что привело кговый "привод 2 переместится на шаг вниз. билизации сварочной нагрузки. ЭБлок и авления 15у р формирует на своем зволило повысить выход годных прибон грузки. то потретьем выходе импульс для установки в 35 ров на 2 - 4.исходное состояние и запуска аналого-циф- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яожи нрового преобразователя 13. Производится Устройство для сваркдание появления на третьем входе бло- держащее ста, р д, эадля сварки давлением, сока управления 15 сигнала логич ке станину, шаговый привод, эаческого О, крепленный на станине, сварочную головку,который сигнализирует о появлении готов состоящую из корпуса и держателя сварочности аналого-цифрового преобразователя ного инструмента, соединенных между со 13 передатьданные,Далееблокуправления бой через две плоскопа аллельные15 сравнивает данные о тек йкущей нагрузке пластины, механизм вертикальных перемерез две плоскопараллельныена свариваемые детали, появившиеся на его щений сварочной голо вки, взаимоде ствуюйр де, со значением оптимальной 45 щий с.шаовым принаг зки Р зару 1, ранее записанным в памяти проволокой, расположенным приводом, катушку с .блока управления 15. Если тек ееположенную на корпусе, датя . сли текущее значе- чик сварочной нагрузки, закрепленный на ание сварочной нагрузки меньше за аданного, нои из плоскопараллельных пластин, первыйьблок управления 15 пе ехо ит к выпб р д выполне- усилитель, входом подключенный к датчикунию перемещением сварочной головки 3 на 50 сварочной нагрузки, линию заде жки, анало. шаг. Этот цикл выполняется о тех понию задержки, аналотекущее значение не с авняетсяд х пор, пока го-цифровой преобразователь, коммутаторр с эаданны- фаз и блок управления с пусковым сигналомми, в этом случае блок и авления 15у р 5 уста- на первом входе, первым выходом подклюновит сигнал логического "0" на своем ченный к пе вом вхоченны первому входу юммуттор фм.ние шагового и ивода 2 и ек атитле которого перемеще вторым - к второму входу коммутатора фаз,р д ре ратится. третьим - к пусковому входу аналого-цифроУвого преобразователя, выход последнего по 3правление движением свэ очнор чной голо- дан на второй вход блока управления, а выходвки вверх на заданную высо осляется следующим образом.ту уществ- готовности преобразования аналого-цифрового преобразователя - к третьему входублока управления, причем выход коммутатора фаз подключен к шаговому приводу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точностистабилизации сварочной нагрузки, в него введены второй датчик сварочной нагрузки, закрепленный на второй плоскопараллельной пластине, источник опорного напряжения и последовательно соединенные второй усилитель, вычитатель, первая схема привязки нулевого уровнясуммирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления и вторая схема привязки нулевого уровня, причем выход первого усилителя подключен к второму входу вычитателя, пусковой вход первой схемы привязки нулевого уровня - к четвертому выходу блока управления, выход готовности нулевого уровня первой схемы привязки нулевого уровня - к входу линии задержки, выход линии задержки - к пусковому входу 5 второй схемы привязки нулевого уровня,выход источника опорного напряжения - к второму входу суммирующего усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход второй схемы привязки нулевого уровня 10 - к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход готовности нулевого уровня второй схемы привязкй нулевого уровня. - к четвертому входу блоКФ управления, а второй датчик сварочной на 15 грузки - к входу второго усилителя.1816606 Составитель 8.АкимовТехред М.Моргентэл ктор Н.Ревска дакт т "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Производственно-издательскиЯ ко каэ 1699 Тираж Подписное8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5