Устройство для сварки давлением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 125865 О, 11/04 504 В 23 ИЕ ИЗОБ Я ОПИС ТЕ К АВТОРСКО ТЕЛЬСТВУ отл датчи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРВ 624742, кл, В 23 К 11/04, 977.Авторское свидетельство СССРУ 624742, кл, В 23 К 11/04, 1981.Авторское свидетельство СССРУ 965667, кл. В 23 К 1/04, 1979.Акимов В.Н., Рыдзевский А,П. Устройство контроля деформации проводника при ультразвуковой сварке. Автома"тическая сварка, У 6, 1981,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИДАВЛЕНИЕМ, содержащее ультразвуковойгенератор, ультразвуковой преобразователь и датчик колебаний преобразователя, выход которого подключен квходу ультразвукового генератора,соединенные последовательно устройство управления, первый выход которогосвязан с приводом вертикальных перемещений, например, ультразвуковогопреобразователя, а второй - с вторымвходом ультразвукового генератора,амплитудный детектор, делитель напряжения и компаратор, о т л и.ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки за счет увеличения надежности Функционирования устройства, в него дополнительно введены селективный усилитель, ограничитель минимума, ограничитель максимума, первый выпрямитель, резистивныйзлемент, фильтр низких частот, фильтрвысоких частот, второй выпрямитель,таймер и датчик отсутствия напряжения питания, причем вход селективного усилителя соединен с выходом датчика колебания преобразователя и первым входом ультразвукового генератора, а выхбд - с входом ограничителя минимума, выход которого подключен к входу ограничителя максимума и входу амплитудного детектора, соединенного выходом с входом первого выпрямителя и входом делителя напряжения, выход которого связан с входом фильтра низких частот, подключенного выходом к первому входу компаратора и через резистивный элемент - к выходу первого выпрямителя, второй вход компаратора соединен сЙ выходом органичителя максимума, а щ выход - с входом фильтра высоких частот, выход которого подключен к входу второго выпрямителя, связанно го выходом с входом таймера, первый выход которого подсоединен к входу датчика отсутствия напряжения пита 3 ййния,а второйвыход-к выходуэтого датчика и входу устройства управления.2 Устроиство по п 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что таймер состоит из компаратора и последовательно соединенных резистора и конденса- ф тора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а точка соединения резистора и конденсатора связана с входом таймера и первым входом.компаратора, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с вторым выхо дом таймера, второй вывод резистора подключен к шине питания и первому выходу таймера, 3. Устройство по и. 1,и -ч а ю щ е е с я тем, что к1258658 отсутствия напряжения питания содержит диод и резистор, один вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, а второй - к входу датчика отсутствия напряжения питания и катоду диода, анод которого соеди-. нен с выходом датчика отсутствия напряжения питания.4. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что датчик отсутствия напряжения питания содержит электромагнитные реле, число которых меньше или равно числу Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оборудованиюдля производства полупроводниковыхприборов и интегральных микросхем,точнее к установкам точечной сваркидавлением.Цель изобретения - повышения качества сварки.Поставленная цель достигаетсяза счет повьшения надежности функционирования устройства для сварки давлейием,На фиг,приведена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема введенных блоковво взаимосвязи с остальными блокамиустройства; на фиг. 3 - один из вариантов выполнения датчика отсутствиянапряжения питания; на фиг, 4алгоритм работы устройства управления; на фиг, 5 - зпюры сигналов навыходах блоков: селективного усилителя - 13, фильтра нижних частотБ, амплитудного детектора - Цамплитуда сигнала на выходе компаратора - 11 таймера - 1 .Устройство Фиг. 1) содержит ультразвуковой генератор 1, ультразвуковой преобразователь 2, датчик 3 колебаний преобразователя, селективныйусилитель 4, ограничитель 5 минимума,амплитудный детектор 6, делитель 7напряжения, фильтр 8 низких частот,соединенные последовательно, первыйвыпрямитель 9, резистивный элементО, компаратор 11, фильтр 12 высокихчастот, второй выпрямитель 13, тайприменяемых в устройстве для сваркидавлением напряжений питания, первыевыводы обмоток возбуждения и первыевыводы нормально замкнутых контактовреле соединены с шиной нулевогопотенциала, вторые выводы обмотоквозбуждения являются входными линиями датчика и в совокупности образуют шинный вход датчика отсутствиянапряжения питания, вторые выводынормально замкнутых контактов релесоединены и образуют выход датчикаотсутствия напряжения питания. 2мер 14, датчик 15 отсутствия напряжения питания, устройство 16 управле-,ния, привод 17 вертикальных перемещений, ограничитель 18 максимума, при 5 чем второй выход устройства 16 управления соединен с вторым входом ультразвукового генератора 1, первый входкоторого подключен к выходу датчика3 колебаний и входу селективного уси 10 лителя 4,выход ограничителя 5 минимума и вход амплитудного детектора 6через ограничитель 8 максимума соединен с вторым входом компаратора11, выход фильтра 8 низких частот15 связан с резистивным элементом 10и первым входом компаратора 11, второй выход. таймера 14 подключен к выходу датчика 15 отсутствия, напряжениялитания и входу, устройства 16 управ 20 ления, выход амплитудного детектора6 и вход делителя 7 напряжения соединены с входом первого выпрямителя 9.Устройство работает следующим образом,25В промежутках между сварками ультразвуковой генератор 1 вырабатываетколебания ультразвуковой частотыс амплитудой, лежащей в пределах от1/4 ее максимального значения во вреЗОмя сварки до порога чувствительностисистемы автоподстройки, так называемый "дежурный сигнал". Этот сигналпоступает на ультразвуковой преобра,зователь 2, возбуждая в нем колеба 35 ния,которые улавливаются датчиком 3.В качестве ультразвукового преобразователя 2 можно использовать пьезоэлектрический или магнитострикционныйпреобразователь.Напряжение с выхода датчика 3 поступает на вход ультразвукового генератора 1 для автоматической подстройки частоты генератора 1 на частотурезонанса преобразователя 2, благодаря чему устраняется влияние нафункционирование устройства для сварки давлением взаимного дрейфа частоты 10ультразвукового генератора 1 и резонансной частоты ультразвукового преобразователя 2. Этот же сигнал с выхода датчика 3 поступает на вход селективного усилителя 4, усиленный по 5напряжению и мощности и отфильтрованный от низкочастотных и высокочастотных помех, не попадающих в полосупропускания селективного усилителя4 (фиг. 1), сигнал с выхода указан- Юного усилителя 4 поступает на ограничитель 5 минимума. Последний непропускает все сигналы, амплитудакоторых меньше уровня ограничения о(Фиг. 5 У 4 и 136 моменты времени1и). Ограниченный по минимумусигнал с выхода ограничителя 5 минимума проходит на вход ограничителя )8максимума и амплитудного детектора 6,в котором осуществляется операция 30выделения огибающей, поступившегона его вход высокочастотного сигнала(фиг5, 11), С ВыхОдЯ амплитудногодетектора 6 (Фиг. 1) через делитель7 напряжения, которым регулируетсячувствительность устройства для сварки давлением к уменьшению амплитудыколебаний преобразователя 2, напряжение поступает на вход фильтра 8низких частот, играющий в предлагае Омом устройстве роль запоминающего устройства.Постоянную времениФильтра 8 необходимо выбирать так, чтобы скорость изменения сигнала на его выходе была значительно меньше скоростиизменения амплитуды колебаний преобразователя 2 в момент контактирования инструмента и соединяемых деталей. В большинстве случаев достаточиым является значение 1 =(1-1 О) мс.Относительно "короткая память" фильтра 8 обеспечивает предлагаемому устройству нечуствительность к дрейфурезонансного сопротивления преобразо вателя 2, выходного напряжения ультразвукового генератора 1, коэффициентов передачи датчика 3, селективного 12586584усилителя 4 и ограничителя 5 минимума. Сигнал с выхода фильтра 8 низкихчастот поступает на первый вход компаратора 11, На этот же вход черезпоследовательно соединенные первыйвыпрямитель 9 и резистивный элемент 10 поступает напряжение с выхода амплитудного детектора 6, Когдасигнал О на выходе амплитудного6детектора 6 становится меньше сигнала П на выходе фильтра 8 низких9частот, начинает проводить выпрямитель 9 и на выходе фильтра 8, первомвходе компаратора 11 принудительноустанавливается напряжение, равноенапряжению на выходе выпрямителя 9,выходе амплитудногодетектора 6(фиг.5,1иб Ц 8 моменты времени 1 , 1 СзС , Б ), благодаря чему обеспечивается быстрое восстановление напряжения на выходе фильтра 8 после действия перегрузки (фиг, 5,11т бмомент времени 1 з), а также уменьшается чувствительность устройства длясварки давлением к вибрациям проволочки в инструменте (Фиг. 5, У, Цз,Ц ; Ц, , интервал времени 1, -1 ).Резистивный элемент 10 ограниччваетскорость уменьшения напряжения навыходе фильтра 8 и принципиально необходим для обеслечения условийчеткого срабатывания компаратора 11,а также для защиты первого выпрямителя 9 от перегрузок по току и самовозбуждения,Компаратор 11 срабатывает сигнал,поступающий на его первый вход свыхода фильтра 8, с сигналом, прихо-.,дящим на его второй вход с выходаограничителя 18 максимума, на входкоторого поступает сигнал с выходаограничителя 5 минимума. Посколькуограничитель 18 максимума ограничивает амплитуду сигналов на своемвыходе уровнем А (фиг. 5,У , ц , топри чрезмерном увеличении сигнала навыходе ограничителя 5 минимума, чтоможет произойти при неисправностиультразвукового генератора 1, преобразователя 2 или усилителя 4, амплитуда сигнала на выходе ограничителя18 (втором входе компаратора 11)ограничена и меньше уровня сигналана первом входе (выходе Фильтра 8низких частот), в результате переменное напряжение на выходе кампаратора 11 отсутствует (фиг. 5, У, 11,0 з,3258658 Ьсигнала В на выходе ограничителя .5 при неисправносминимума лежит в пределах а ( ВА го генератора 1, ии неизменна во времени на выходе ком- когда амплитуда сипаратора 11 действует сигнал пере- раничителя 18 максменного тока (фиг. 5, Ц , 11, врея больше уровня оградо ,), который поступает на вход А (фиг. 5, после мфильтра 12 высоких частот, Этот при любой неиспфильтр срезает постоянную составляю- устройства от 1-11щую сигнала на выходе компаратора 11. водящими к пропадаПеременная составляющая этого сигна О сигнала на выходела с выхода фильтра 12 высоких частот Во всех этих слпроходит на вход второго выпрямителя выходе таймера 1413, на выходе которого появляется поступавщий на вховыпрямленное напряжение, поступаю- управления, которощее на вход таймера 14 и запрещающее 5 прещает приводу 17отсчет найеред заданного интервала мещений движение нТ (на фиг. 2 это напряжение разряжа- мента и соединяемыет времязадающий конденсатор 9 тай- вышает выход годньмера 14), Практические испытания Сигнал с первогпоказали, что длительность интервала 2 О поступает на входТ для увеличения помехозащищенности вия напряжения нитцелесообразно выбирать равной Т=(80 вии напряжения пит-300) мкс. При отсутствии сигнала его первом выходена выходе второго выпрямителя 13 тенциал низкого уртаймер 14 начинает отсчитывать упо на вход датчика 15мянутый интервал Т и, если сигнал жения питания и вына выхоце выпрямителя 13 отсутст- на его выходе сигивует в течение времени 1)Т, то на на вход устройств,выходе таймера 14 появляется сигнал, запрещающего привопоступающий на вход устройства 16 Зо перемещений движенуправления, которое запрещает приво- струмента и соединду 17 вертикальных перемещений дви- В исходном состжение на сближение инструмента пре- развуковой генерат31н 1обраэователя 2 и соединяемых дета- дежурныи сигналлей. Сигнал запрещающий таймеру 14 Рами 1-15 исправны35отсчет наперед заданного интервалатаймера 4, выходеисчезает на выходе второго выпря ствия напряжения имителя 13 в следующих случаях: ройства управленияпри контактировании инструмента щающий движение наи соединяемых деталей, когда ампли мента исоединяемыхтуда колебаний преобразователя 2 ет.Поэтому после поуменьшается более, чем на (1-. 1 ООХ, ство 6 Управлениягде К - коэффициент передачи делите- щей системы более вля 7 напряжения; кого уровня (напри при обрыве цепи соединяющей гене ратор 1 и преобразователь 2, преобразователь 2 и датчик 3, датчик 3 и усилитель 4, усилитель 4 и ограничитель 5 минимума, ограничитель 5 минимума и входы амплитудного детектора 6 и .ограничителя 18 максимума, выходе из строя генератора 1, преобразователя 2, датчика 3, усилителя 4, ограничителя 5 минимума, неисправности цепи АПЧ, когда амплитуда сигнала на 55 входе ограничителя 5 максимума, входе амплитудного детектора 6 становится. равной нулю (фиг. 5, интервал С -1 ); тях ультразвуковореобразователя 2,гнала на входе огимума становитсяничения максимумаомента времени 1 );равности с блоками15, 17 и 18, принию запрещающеговыпрямителя 13,учаях на второмпоявляется сигнал,д устройства 16е в этом случае завертикальных переа сбликение инструх деталей, что поо выхода таймера 14датчика 15 отсутстания. При отсутстания таймера 14 наустанавливается поовня, поступающийотсутствия напрязывающий появлениеала, поступающегоа 6 управления,ду 17 вертикальныхие на сближение иняемых деталей.оянии, когда ультор 1 вырабатываетвсе блоки с номена втором. выходедатчика 15 отсутитания и входе уст 16 сигнал, запресближение инструдеталей,отсутствуступления в устройсигнала от управлявысокого перархичесмер,от управляющеймикро-ЭВМ сварочноймашины,обозначенного 4 как "Пуск" ),с выхода устройства 16 управления на вход привода 17 вертикальных перемещений поступает сигнал. По этому сигналу неподвижныйв исходном положении привод 17 отрабатывает предварительное сближениеинструмента и свариваемых деталей(Фиг. 4). Величина Е выбрана такимобразом, чтобы инструмент и соединяемые детали после сближения на этувеличину еще не контактировапи другс другом. Скорость перемещения на 1этом участке возрастает от нуля до максимума и снова уменьшается до зна1258 чения, гарантирующего отсутствие значительной деформации соединяемых деталей в момент их контактирования с инструментом.Во время отработки предваритель 5 ного сближенияустройство 16 управления не реагирует на сигналы, поступающие на его вход. Поэтому если в это время и произойдет уменьшение амплитуды колебаний преобразователя 1 О 2 на величину, превышающую ( -.а) (1-К), например, вследствие соприкосновения с контактной площадкой хвоста" присоединяемой проволоки, и срабатывает таймер 14 (фиг. 5, интервал С -С ), сближение соединяемыхя фдеталей не прекратится. Результатом такого соприкосновения является быстрое уменьшение сигнала на выходе фильтра 8 низкой частоты под действием выпрямителя 9 (фиг. 5, П 8, интервал С-С ), т.е, уменьшение чувствительности компаратора 11. В дальнейшем, ввиду того, что постоянная зарядка фильтра 8 большая, достигну- р 5 тый уменьшенный уровень сигнала на выходе фильтра 8 сохраняется, следо- . вательно, остается уменьшенной чувствительность компаратора 11 (фиг.5, интервал С -Сз), поэтому при отработке приводом 7 окончательного сближения, когда устройство 16 управления уже реагирует на сигналы на своем входе, компаратор 11, а тем более и таймер 14, уже не реагируют на случайные соприкосновения проволоки и контактной площадки, дребезжание проволоки в инструменте (фиг. 5, 1 У , интервал С -С ).Если в момент перехода к отра 40ботке окончательного сближения сигнал на входе устройства 16 управления отличен от сигнала на этомже входе в исходном состоянии (например, равен нулю Т=.О, фиг. 4),45то устройство 16 управления останавливает привод 17 и индицирует аварийный режим (неисправность блоков1-15), Если сигнал ТФО, привод 17продолжает сближать инструмент исоединяемые детали на малой скорости до их соприкосновения. В моментконтактирования инструмента преобразователя 2 и соединяемых деталейамплитуда колебаний преобразователя2 падает (фиг. 5, момент С )сигналпеременного напряжения на выходе компаратора 11 исчезает и через время 658 8Т на выходе таймера 14 появляетсясигнал Т=О. С этого момента устройство 16 управления (фиг, 4) фиксирует фактическое расстояние от исходного положения до соединяемыхдеталей и на основании этой информации определяет координаты исходногоположения для следующей сварки. Кроме того, оно дает команду приводу 17на отработку заданного перемещения 3.,необходимого для создания усилиянагружения инструмента,После отработки перемещения 1устройство 6 управления останавливает привод 17 и через время задержки, необходимое для затуханияпаразитных вибраций, с второго выхода устройства 16 управления на входультразвукового генератора 1 поступает сигнал, включающий его на времясварки С (фиг, 4 и 5), После окончания сварки, через время задержкис (1-5 мс), необходимое как для затуханий колебаний преобразователя 2,так и для обеспечения спадания температуры в зоне соединения, устройст"во 6 управления выдает приводу 17команду на возвращение в исходноеположение (фиг. 4) и после приходав исходное положение привод 17 останавливается. На этом цикл Формирова-.ния сварочной точки оканчивается.Устройство для сварки давлением находится в исходном состоянии и готово для формирования следующей сварной точки. После прихода следующегосигнала "Пуск" (фиг. 4) цикл работы устройства повторяется,Селективный усилитель 4 (фиг. 1) содержит операционный усилитель А 1 (фиг. 2), к цепям частотной коррекции которого подключен конденсатор С 1, ограничивающий полосу пропускання усилителя сверху, инвертирующий вход через резистор В О соединен с выходом операционного усилителя А 1, который, в свою очередь, связан через конденсатор С 2 с выходом селективного усилителя 4, кроме того, инвертирующий вход операционного усилителя А через последовательно соединенные конденсатор СЗ, ограничивающий полосу пропускания усилителя 4 снизу, и резистор ВО 2 подключен к входу селективного усилителя 4, а неинвертирующнй вход через резистор ВОЗ и цепочку из последовательно соединенных конденсатора С 4 и резнс1258658 9тора В 02 подключен к шине нулевогопотенциала,Ограничитель минимума 5 (фиг. 1)состоит из включенных встречнопараллельно диодов ЧЭ и ЧЭ 2 (фиг. 2)5и включенного последовательно с нимирезистора В 05, второй вывод которогоподключен к шине нулевого потенциала,а точка соединения резистора В 05 идиодов ЧР 1 и ЧП 2 является выходомограничителя,Амплитудный детектор 6 (фиг, 1)может состоять из операционного усилителя А 2 (фиг. 2), выход которогочерез диод ЧЭЗ связан с первым выводом конденсатора Сб и выходом амплитудного детектора 6, инвертирующийрход через диод Ч 04 соединен с выходом операционного усилителя А 2 и через резистор В 06 с первым выводомконденсатора Сб, второй вывод ко 1орого подключен к шине нулевого потенциаца, а неинвертирующий входоперационного усилителя А 2, является входом амплитудного детектора 6.Постоянная времениамплитудногодетектора должна быть выбрана, содной стороны, достаточно малой,чтобы обеспечить быстрое отслеживание изменений амплитуды входногосигнала, и достаточно большой, чтобы обеспечить хорошую фильтрацию несущей. Обычно, если резонансная частота преобразователя составляет около 66 кГц, а производительность уста 35новки, в которой применено предлагаемое устройство для сварки давлением, не превышает 100 тыс. св/ч,достаточно выбрать постоянную времени травной 78=(0,1-0,3) мкс.Делитель 7 напряжения (фиг, 1)можно выполнить на двух последовательно соединенных резисторах В 07и В 08 (фиг.2), общая. точка резисторов является выходом делителя, второй45вывод первого резистора В 07 - входом,а второй вывод второго резистораВ 08 соединен с шиной нулевого потенциала. Ограничитель 18 максимума (фиг,1) 5 О состоит из последовательно соединенных резистора В 11 и двухаиодного стабилитрона Ч 05 (фиг. 2), второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй вывод резистора 55 811 является входом ограничителя, а общая точка резистора В 11 и стабилитрона ЧЭ 5 - выходом,10Фильтр 8 низких частот (фиг. 1) состоит из последовательно соединенных резистора В 09 и конденсатора С 7 (Фиг. 2), второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй вывод резистора В 09 является входом Фильтра, общая точка резистора В 09 и конденсатора С 7 является выходом Фильтра. Резистивный элемент 10 (фиг. 1) представляет собой резистор В 10 (фиг, 2).Первый выпрямитель 9 (Фиг. 1) может быть выполнен на полупроводниковом диоде или, как показано на фиг. 2, на транзисторе ЧТ 1, коллектор которого соединен с шиной отрицательного потенциала питания, база является входом выпрямителя 9, а эмиттер - выходом.Компаратор 11 (фиг. 1) можно выполнить на специализированном компараторе К 554 СА ЗВ или на операционном усилителе АЗ (Фиг. 2).Фильтр 12 высоких частот (фиг. 1) образован конденсатором С 8 (фиг, 2) и выходным сопротивлением второго выпрямителя 13. Второй выпрямитель 13 (фиг. 1) состоит иэ последовательно соединенных диодов ЧР 7 и Ч 08 (Фиг. 2), причем катод диода Ч 07 соединен с шиной нулевого потенциала, анод диода ЧРЯ является выходом выпрямителя 13, а общая точка диодов Ч 07 и Ч 38 является входом выпрямителя 13.Таймер 14 (Фиг. ) состоит иэ последовательно соединенных резистора В 12 и конденсатора С 9 (фиг. 2),второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а точка соединения резистора В 12 и конденсатора С 9 является входом таймера 14 и связана с первым входом компаратора А 4, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - сЭвторым выходом таймера 14, второй вывод резистора В 12 подключен к шине положительного потенциала и является первым выходом таймера 14.Датчик 15 отсутствия напряжения питания (Фиг. 1), содержит резистор В 13 (фиг. 2), один вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, а второй - к входу датчика 15 отсутствия напряжения питания и катоду диода Ч 39, анод которого соединенс выходом датчика отсутствия напряжения питания и резистором В 14, второйвывод которого связан с входом датчиЯиллцеудиь Юьпеготюр ка 15 отсутствия напряжения питания,который содержит также электромагнитные реле КВ 1, КВ 2, КВЗ (фиг. 3),число которых меньше или равно числу применяемых в устройстве для сварки давлением напряжений питания, первые выводы нормально замкнутых контактов реле и первые выводы обмотоквозбуждения соединены с шиной нулевого потенциала, вторые выводы обмотоквозбуждения непосредственно или черезрезисторы (фиг. 3) связаны с шинамипитания, являющимися. входными линиямидатчика 15 и в совокупности образуюшие шинный вход датчика отсутствиянапряжения питания, вторые выводы нормально замкнутых контактов релесоединены между собой и образуютвыход датчика 15 отсутствия напряжения питания.Устройство 16 управления (фиг. 1)выполнено в виде устройства микропрограммного управления, работающиепо алгоритму представленному нафиг. 4, Привод 17 вертикальных пере О мещений (фиг, 1) выполнен на базедвигателя постоянного переменноготока,Предлагаемое устройство позволяет увеличить надежность функционирования устройста для сварки давлением, а следовательно, и выход годных.1258658 а а ль В. Катиноданич Корректор И. Самборск тави Реда ех аказ 5071 16 Тирак 1001 КИПИ Государствен по делам изобре 3035, Москва, Ж-Зго н а ское предпри Ужгор л. Проектная оизводственно-полиг одписноетета СССРткрытийая наб., д