Устройство для получения сварочного импульса

союз советснихсоциАлистическихРЕСПУБЛИК 1)4 В 23 9 910 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОсудАРстеенный комитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР В 713074, кл. В 23 К 9/09, 1978.Авторское свидетельство СССР У 725842, кл. В 23 К 11/24, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРОЧНОГО ИМПУЛЬСА(57) Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано в установках для сборки интегральных микросхем и полупроводниковых приборов методом точечной контактной сварки. Цель изобретения повьппение качества сварочного соединения. Устройство содержит задающий генератор, контроллер ширины импульсов, последовательно соединенные блок питания, усилитель мощности и трансформатор (Т). Вторичная обмотка Т соединена со сварочными электродами. Дифференциальный усилитель под,801393564 А ключен к сварочным электродам. Датчик тока включен во вторичную цепьТ и соединен выходом с вторым входомвычислителя энергии. Дополнительнов устройство введены второй источникопорногонапряжения, второй компаратор, логический элемент 2 И, логический элемент 2 ИЛИ, КЯ-триггер, счетчик, устройство управления и индикации и арифметический делитель. Введение дополнительных элементов позволяет измерять сопротивление в сварочной цепи путем подачи на сварочныеэлектроды импульсов напряжения с амплитудой, равной амплитуде напряжения при сварке. Следовательно, возможно не только измерять значениеэтого сопротивления, но и при необходимости осуществлять требуемую формовку контакта между сварочными электродами и соединяемыми деталями. Присварке в иэделие вводится строго определенная энергия, что позволяетвести сварку в необходимом режиме.2 з.п. ф-лы, 5 ил, 139356435 Изобретение относится к контактной сварке и может быть использовано ,в установках для сборки интегральных микросхем и полупроводниковых прибо 5 ров методом точечной контактной сварки.Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.На Фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства Формования сварочного импульса;на фиг.2 - структурная схема контроллера ширины импульсов; на фиг.З - принципиальная схема устройства управления и индкации; на Фиг.4 - алгоритм работы устройства; на Фиг.5 - диаграммы сигналов на выходе задающего генератора Б 1, четвертом входе устройства управления и индикации цр, втором вы О ходе устройства управления и индикации Б , первом выходе устройства управления и индикации Б, выходе КБ- триггера Б, выходе усилителя мощности Б, выходе вычислителя энер гии Н, выходе первого компаратора У и выходе счетчика Бо.Устройство Формирования сварочного импульса (Фиг.1) содержит задающий генератор 1, выход которого свя зан с первыми входами контроллера 2 ширины импульсов и устройства 3 управления и индикации, последовательно соединенные источник 4 питания, усилитель 5 мощности и трансформатор 6, вторичная обмотка которого соединена со сварочными электродами 7 и 8, последовательно соединенные дифференциальный усилитель 9, входы которого подлкючены к сварочным электродам 7 и 8, вычислитель 10 энергии и первый компаратор 11, к второму входу которого подключен первый источник 12 опорного напряжения, последовательно соединенные датчик 1345 тока, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора 6 и соединенный выходом с вторым входом вычислителя 10 энергии, арифметический делитель 14, второй компаратор 15, к второму входу которого подключен второй источник 16 опорного напряжения, логический элемент 2 И 17, КБ-триггер 18, логический элемент 2 ИЛИ 19 и счетчик 20, выход которого соединен с вторым входом устройства 3 управления и индикации, подКЛюченного третьим входом к выходу первого компаратора 11, а первым выходом - к управляющему входу вычислителя 1 О энергии и третьему входу контроллера 2 ширины импульсов,второй вход которого связан с выходом КБ-триггера 18 и первым входомлогического элемента 2 ИЛИ 19, второй вход которого подключен к второму входу КБ-триггера 18 и второмувыходу устройства 3 управления и индикации, первый выход контроллера2 ширины импульсов соединен с вторым входом усилителя 5 мощности, авторой выход - с первым входом логического элемента 2 И 17 и счетным входом счетчика 20, первый вход арифметического делителя 14 подключен кпервому входу вычислителя 10 энергиии выходу дифференциального усилителя 9.Контроллер 2 ширины импульсов(Фиг,2) содержит широтно-импульсныймодулятор 21, логический элемент 2 И22, инвертор 23, аналоговый коммутатор 24, эадатчик 25 ширины рабочихимпульсов, задатчик 26 ширины импульсов измерения-формовки и 0-триггер27, при этом выходы задатчиков ширинырабочих импульсов 25 и ширины импульсов измерения-формовки 26 подключенысоответственно к первому и второмуинформационным входам аналогового .коммутатора 24, управляющий вход которого связан с выходом 0-триггера27, подключенного первым входом к втовторому входу контроллера 2 шириныимпульсов, а вторым входом - к входуширотно-импульсного модулятора 21 ипервому входу контроллера 2 шириныимпульсов, выход аналогового коммутатора 24 связан с управляющим входомширотно-импульсного модулятора 21,выход которого соединен с первым входом логического элемента 2 И 22, подключенного вторым входом к третьемувходу контроллера 2 ширины импульсов, а выходом - к второму выходуконтроллера 2 ширины импульсов и входу инвертора 23, выход которого связан с первым выходом контроллера 2ширины импульсов,Устройство 3 управления и индикации (фиг.З) содержит три КБ-триггера28-30, два формирователя 31 и 32,логический элемент 2 И 33, логическийэлемент 2 ИЛИ 34 и устройство 35индикации, причем первый вход логического элемента 2 И 33 связан с пер"вым входом устройства 3 управленияи индикации, второй вход - с выходомпервого КБ-триггера 28, а выход - свходом первого формирователя 31 импульсов, выход которого подключен кпервым входам КЯ-триггеров 28-30,5первый вход логического элемента2 ИЛИ 34 соединен с вторым входомустройства 3 управления и индикациии вторым входом второго КБ-триггера29, к выходу которого подлкючено устройство 35 индикации, состоящее, например из последовательно соединенных светодиода 70 и резистора К, второй вход логического элемента 2 ИЛИ34 подключен к третьему входу устройства 3 управления и индикации, авыход - к второму входу третьего КБтриггера 30, соединенного выходом с,первым выходом устройства 3 управления и индикации, вход второго формирователя 32 импульсов связан с четвертым входом устройства 3 управления и индикации, а выход - с вторымвыходом устройства 3 управления ииндикации и вторым входом первогоКЯ-триггера 28.Устройство формирования сварочного импульса работает следующим образомПеред сваркой в устройство для получения сварочного импульса вводятнеобходимые переменные данные: энергия сварочного импульса И в первыйисточник 12 опорного напряженияамплитуды напряжения сварочных импульсов Б в источник 4 питания; длительность рабочих р и измерительных Ю 4 импульсов напряжения в контроллер 2 ширины импульсов; значе 40ние максимально допустимой проводимости У в цепи сварочный электрод 7соединяемые детали - сварочный электрод 8 во второй источник 16 опорного напряжения; количество измерительных импульсов п в счетчик 20 (фиг.4).45Эти данные получают либо расчетным путем, либо методом технологической пробы,По команде "Пуск", поступающейна четвертый вход устройства 3 уп- "0равления и индикации (фиг.5, Бу, мом.врем. й 4), на втором выходе этогоустройства появляется короткий импульс (фиг.5; Б, мом. врем. ), попадающий на вторые входы КЯ-триггера 18 и логического элемента 2 ИЛИ19 и через логический элемент 2 ИЛИ19 на установочный вход счетчика 20(фнг.4). При поступлении очередногоимпульса задающего генератора 1 напервый вход устройства 3 управленияи индикации (фиг.1) на первом выходеэтого устройства появляется сигнал,включающий контроллер 2 ширины импульсов и вычислитель 10 энергии(фиг.4 и 5, Б, 04, мом. врем. С).На первом выходе контроллера шириныимпульсов появляются двуполярные прямоугольные импульсы длительностьюГ, которые поступают на усилитель5 мощности, где усиливаются по токуи напряжению. Сигнал с выхода усилителя 5 мощности (фиг,5, 04, мом.врем. й) через сварочный трансформатор 6 попадает на сварочные электроды 7 и 8 (фиг.1), Импульсы напряжения на сварочных электродах 7и 8 усиливаются дифференциальнымусилителем 9 и поступают на первыевходы вычислителя 10 энергии и арифметического делителя 14. На вторыевходы этих устройств поступает сигнал с выхода датчика 13 тока в сварочной цепи. Лучше всего в качестведатчика 13 тока испольэовать трансформатор тока. При действии каждогоизмерительного импульса вычислитель10 определяет величину энергии, поступившей в зону сварки эа времядействия текущего и всех предыдущихимпульсов (фиг.5, Бр, с момента времени С). Арифметический делитель14 осуществляет вычисление отношения1/Б сигнала с датчика 13 тока к сигналу с выхода дифференциального усилителя 9, Таким образом, на выходеарифметического делителя 14 появляется импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна проводимости Уконтакта сварочные электроды - соединяемые детали и обратно пропорциональна сопротивлению этого контакта. Этот сигнал поступает на первыйвход второго компаратора 15, на второй вход которого поступает сигналс выхода второго источника 16 опорного напряжения, пропорциональный минимально допустимому значению проводимости У контакта (максимально допустимому значению сопротивления Кконтакта сварочные электроды - соединяемые детали), гарантирующему получение соединения требуемого качества. Если проводимость У контакта сва 1393564рочные электроды - соединяемые детали меньше заданной, например, из-за большой шероховатости соединяемых деталей, то сигнал на выходе компара тора 15 отсутствует и однополярный сигнал, используемый для стробирования компаратора 15 при помощи логического элемента 2 И 17, со второго выхода контроллера 2 ширины импульсов с длительностью, равной длительности импульсов на первом выходе котроллера 2 ширины импульсов, через логический элемент 2 И 17 на первый вход КБ- триггера 18 не проходит. Во время действия измерительного импульса при плохом контакте в цепи сварочные электроды - соединяемые детали, например, из-за повышенной шероховатости соединяемых деталей происходит 20 формовка контакта, так как протекание тока большой плотности приводит к расплавлению микровыступов, сближению соединяемых деталей и уменьшению сопротивления контакта. Характерно, что 25 при этом выплески в зоне соединения не образуются, поскольку энергия измерительных импульсов мала из-за их малой длительности 1,и и недостаточна для расплавления большого объема материала соединяемых деталей. Подача измерительных импульсов будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение из- мерительных импульсов п (их подсчитывает счетчик 20, регистрируя число импульсов, поступающих на его счетный вход с второго выхода контроллера 2 ширины импульсов) либо пока проводимость в зоне контакта сварочные электроды - соединяемые детали станет не меньше заданной (фиг.4). В первом случае на выходе счетчика 20 появляется импульс, поступающий на второй вход устройства 20 управления и ин 45 дикации (фиг.5, Б, мом. врем. г). По этому импульсу сигналом на первом выходе устройства 3 управления и индикации выключается вычислитель 1 О энергии и контроллер 2 ширины импульсов (фиг.4). При этом импульсы на выходах контроллера 2 ширины импульсов исчезают, а устройство 3 управления и индикации индицирует неудовлетворительное состояние контакта сварочные электроды - соединяемые дета ли.Во втором случае на выходе компаратора 15 появляется импульсный сигнал, который проходит через логический элемент 2 И 17 на первый вход КЯ-триггера 18, изменяя его состояние (фиг,5, мом. врем. гз),Сигнал с выхода КЯ-триггера поступает на второй вход контроллера 2 ширины импульсов, который начинает формировать импульсы с большей длительностью С (фиг.4 и 5, Уд после гз ). Этот же сигнал, попадая через логический элемент 2 ИЛИ 19 на установочньй вход счетчика 20,сбрасывает его в:исходное состояние и запрещает дальнейший счет импульсов. Напряжение на выход вычислителя 1 О энергии начинает изменяться значительно быстрее, отражая тот факт, что энергия в зоне сварки выделяется интенсивнее из-эа большей длительности импульсов тока- напряжения в сварочной цепи. Когда значение этого напряжения станет равным напряжению на втором входе первого компаратора 11 (значение энергии, выделившейся в зоне, станет равным значению У, введенной оператором), на выходе компаратора появится сигнал, попадающий на третий вход устройства 3 управления и индикации (фиг,1) и устанавливающий его в ис-. ходное состояние (фиг,4 и 5, 118,мом. врем,), На первом выходе устройства 3 управления и индикации появится сигнал, включающий контроллер 2 ширины импульсов (импульсы на еговыходах исчезают) и вычислитель 1 О энергии (фиг.4 и 5, 11, О , У,мом. врем. С,).Таким образом, благодаря тому,что оценка характеристики сопротивления в цепи сварочный электрод -соединяемые детали - сварочный электрод происходит при подаче на сварочные электроды напряжения с значением амплитуды, равным рабочему, эта оценка носит более объективный характер.Все это, а также возможность формовки контакта позволяет более объективно оценить необходимые меры при отклонении их от оптимума, что в конечном итоге позволяет увеличить выход годных на операции контактной сварки.Контроллер 2 ширины импульсов работает следующим образом. Первый входконтроллера служит для приема тактовых импульсов, второй - для включенияимпульсов с длительностью 6 и , необходимой для измерения-формовки,или необходимой для сварки, а третий -для включения-выключения импульсных сигналов на первом и втором выходах контроллера 2 ширины импульсов. По импульс. ному сигналу, поступающему на первыи вход контроллера 2 ширины им 5 пульсов, второй вход 0-триггера 27 и вход широтно-импульсного модулятора 21, происходит считывание информации на втором входе контроллера 2 ширины импульсов (первом входе 0- триггера 27). В соответствии с этой информацией на выходе Р-триггера 27 устанавливается потенциал низкого или высокого логического уровня. Действие этого потенциала на управляющий вход аналогового коммутатора 24 заставляет коммутатор 24 подключить к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 21 задатчик 25 длительности рабочих импульсов бр или эадатчик 26 длительности импульсов измерения-формовки 7 ц , из-за чего длительность импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 21 ста 25 новится равной р илисоответственно. Однополярные импульсы с вы хода широтно-импульсного модулятора 21 поступают на первый вход логического элемента 2 И 22 и в зависимости от логического уровня на втором его входе (третьем входе контроллера 2) проходят с первого входа элемента 2 И 22 на его выход и оттуда - на второй выход контроллера 2 ширины импульсов и вход инвертора 23. Инвер тор 23 преобразует однополярные импульсы длительностью 7 р или % в двухполярные импульсы той же длительности и передает их на первый выход контроллера 2 ширины импульсов.Устройство 3 управления и индикации работает следующим образом. Команда "Пуск 1, поступающая на четвертый вход этого устройства, запускает второй формирователь 32, который 45 Формирует короткий импульс, Этот импульс устанавливает первый КЯ-триггер 28 в единичное состояние по вы - ходу. После этого момента первый так-, товый импульс, поступающий на первый 50 вход логического элемента 2 И 33 (первый вход устройства 3 управления и индикации), проходит через этот логический элемент 33 на вход первого формирователя 31 импульсов, а корот кий импульс с Формирователя 31 импульсов поступает на К-вход первого КЯ-триггера 28 и устанавливает его в нулевое состояние и на Б-вход второго и третьего КБ-триггера 29 и30 и устанавливает их в состояниеединицы.Если сопротивление цепи сварочный электрод - соединяемые детали -сварочный электрод больше заданнойвеличины, то по сигналу на второмвходе устройства 3 управления и индикации (первом входе логическогоэлемента 2 ИЛИ 34 и втором входевторого КБ-триггера 29) второй и третий КБ-триггеры 29 и 30 устанавливаются в нулевое состояние. Результатом того, что второй КБ-триггер29 установился в нулевое состояние,является включение устройства индикации 35, которое сигнализируето неудовлетворительных характеристиках сопротивления цепи сварочныйэлектрод - соединяемые детали - сварочный электрод,Если эти характеристики соответствуют требуемым, то сигнал на втором входе устройства 3 управления ииндикации не появляется. После выделения в зоне сварки требуемогоколичества энергии появляется сигнал на третьем входе устройства 3управления и индикации (втором входелогического элемента 2 ИЛИ 34). Этотсигнал, попав через логический элемент 2 ИЛИ 34 на второй вход третьего КБ-триггера 30, устанавливаетего в нулевое состояние по выходу,чтосвидетельствует о нормальном окончании сварки.Введение в устройство для получения сварочного импульса новых блоков,обеспечивающих измерение сопротивления в цепи сварочный электрод -соединяемые детали - сварочный электрод путем подачи на сварочные электроды импульсов напряжения, значениеамплитуды которых равно значениюамплитуды напряжения при сварке,позволяет не только измерить значениеэтого сопротивления, но при необходимости и осуществить требуемую формовку контакта между сварочными электродами и соединяемыми деталями. Указанная особенность предлагаемого устройства для получения сварочного импульса позволяет более объективноопределить характеристики сопротивления в цепи сварочный электрод -соединяемые детали - сварочный электрод, 1393564Это техническое преимущество позволяет перед проведением каждой сварки автоматически осуществлять . контроль важнейших условий, необходимых для варки: качества совмещения сварочных электродов и соединяемых деталей, качества поверхностей соединяемых деталей и сварочных электродов, оповещать оператора о необходимости вмешательства, если эти условия не соответствуют требуемый, что является исключительно важным при производстве ИС, в особенности ГИС и БИС.15Формула изобретения1. Устройство для получения сварочного импульса, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные источник питания, усилитель мощности и трансформатор, вторичная обмотка которого соединена со сварочными электродами, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, входы которого подключены к сварочным электродам, вычислитель энерГии и компаратор, к второму входу которого подлючен источник опорного напряжения, датчик тока, включенный во вторичную цепь трансформатора и соединенный выходом с вторым входом вычислителя энергии, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, в него введены контроллер ширины импульсов, второй источник опорного напряжения, второй компаратор, логический элемент 2 И, лоигческий элемент 2 ИЛИ, КБ-триггер, счетчик, устрой 40 ство управления и индикации и арифметический делитель, причем первый выход контроллера ширины импульсов подключен к второму входу усилителя мощности, второй выход - к первому входу логического элемента 2 И и счетному входу счетчика, первый вход контроллера ширины импульсов связан с первым входом устройства управления и индикации и выходом задающего т 50 нератора, второй - с выходом КБ-триггера и первым входом логического элемента 2 ИЛИ, а третий вход контроллера ширины импульсов подключен к управляющему входу вычислителя 55 энергии и первому выходу устройства управления и индикации, первый вход арифметического делителя подключен чен к выходу дифференциального усилителя, второй вход - к выходу датчика тока, а выход - к первому входу второго компаратора, подключенного вторым входом к второму источнику опорного напряжения, а выходом - к второму входу логического элемента 2 И, выход которого соединен с первым входом КБ-триггера, подключенного вторым входом к второму входу логического элемента 2 ИЛИ и второму выходу устройства управления и индикации, выход логического элемента 2 ИЛИ связан с управляющим входом счетчика, а выход счетчика соединен с вторым входом устройства управления и индикации, подключенного третьим входом к выходу первого компаратора, четвертый вход устройства управления и индикации является вхо" дом управления устройством для полу чения сварочного импульса.2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что контроллер ширины импульсов содержит широтно-импульсный модулятор, логический элемент 2 И, инвертор, аналоговый коммутатор, задатчик ширины рабочих импульсов и задатчик ширины импульсов измерения-формовки и П-триггер, при этом выходы задатчика ширины рабочих импульсов и ширины импульсов измерения-формовки подключены соответственно к первому и второму информационным входам аналогового коммутатора, управляющий вход которого связан с выходом Р-триггера, подключенного первым входом к второму входу контроллера ширины импульсов, а вторым входом - к входу широтно- импульсного модулятора и первому входу контроллера ширины импульсов, выход аналогового коммутатора связан с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с первым входом логического элемента 2 И, подключенного вто-. рым входом к третьему входу контроллера ширины импульсов, а выходом - к второму выходу контроллера ширины импульсов и входу инвертора, выход которого связан с.первым выходом контроллера ширины импульсов.3. Устройство по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что устрой. ство управления и индикации содержит три КБ-триггера, два формирователя импульсов, логический элемент 2 И, 13935641393564 Составитель В.Пучинскикарь Техред М.Ходапич рректор С. Че едакто Тирам акаэ 1915/1 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушс Подписноеомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/5