Полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ Российский патент 2024 года по МПК B23K1/02 H01B11/00 

Изобретение относится к области индукционной пайки, и в частности, к установке для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ, а именно к установке для припаивания оплетки кабеля к коаксиальному соединителю.

Известно, что некачественный монтаж кабельной сборки приводит к ее повреждениям в месте соединения оплетки кабеля с соединителем СВЧ-устройств, например, при изгибах, что приводит к нарушению работы СВЧ-устройств. Также известно, что некачественная пайка приводит к ухудшению электрогерметичности сборки, что приводит к нарушению работы СВЧ-устройств.

Известны установки для пайки (http://www.ekomkras.ru/about.htm), в которых нагрев спаиваемых элементов осуществляют индукционным способом. Данные установки оснащены механизмом позиционирования спаиваемой заготовки в индукторе, но при этом позиционирование коаксиальных элементов не предусмотрено. К недостаткам установки также следует отнести и отсутствие обратной связи по температурному режиму пайки. Пайка коаксиальных устройств на известной установке потребует тонкой и квалифицированной работы оператора для одновременного удерживания заготовки кабельной сборки и контроля ее положения относительно головки индуктора, а также определения оптимальной длительности нагрева.

Известны также индукционные паяльные системы (http://www.argus-x.ru/files/katalogy/Katalog_OKI_payal_nye_stantsii.pdf), предназначенные для пайки радиоэлектронной аппаратуры с использованием индукционного нагрева.

В известных устройствах токи высокой частоты (ТВЧ) нагревают не заготовку, а жало паяльника, что определяет следующие недостатки данных паяльных систем:

- невозможность осуществления равномерного температурного распределения в соединителе;

- необходимость вращения заготовки в процессе пайки (или перемещения жала паяльника по кругу), что может привести к перегреву диэлектрика;

- для достижения необходимого результата требуется очень высокая квалификация оператора;

- сложность определения оптимального времени нагрева.

В совокупности эти недостатки приводят к некачественной пайке и к увеличению процента брака, а также к увеличению временных затрат на пайку.

Известна многофункциональная установка для индукционной пайки деталей сложной формы (RU №2570861 С2, МПК B23K 1/002, 10.12.2015). Согласно известному решению установка для индукционной пайки деталей содержит генератор электрической мощности, предназначенный для подачи определенного напряжения (U1) на трансформатор, подключенный к проводящему контуру, формирующему индуктор, форма которого соответствует форме продольных зон припоя, определяемых контуром (СС) припаиваемой детали, расположенной на опоре, при этом средства оказания давления предназначены для оказания определенного и постоянного усилия на припаиваемые детали, и инфракрасный пирометр с лазерным наведением, предназначенный для измерения температуры пайки, а также контроллер (50), предназначенный для подачи команды регулирования мощности генератора (40) в зависимости от измеренной температуры.

Известная многофункциональная установка для пайки, создана для пайки деталей сложной формы, и в частности, для пайки крышек лопастей лопаточных колес турбины, осуществляемой с зазором между деталями. Недостатком данной установки является невозможность осуществления качественной пайки кабельных сборок СВЧ, при которой, во-первых, требуется непосредственный контакт оплетки кабеля и соединителя, во-вторых, точное позиционирование коаксиальных элементов сборки СВЧ, например, оплетки кабеля с коаксиальным соединителем СВЧ, которое на установке по патенту RU №2570861 технологически недостижимо. Следствием низкокачественной пайки по вышеуказанной причине, являются кабельные сборки СВЧ с ухудшенным качеством согласования (S11, КСВн), ухудшенной электрогерметичностью, обладающие низкой механической прочностью. Низкое качество получаемых кабельных сборок СВЧ на известной установке также обусловлено возможным перегревом спаиваемых элементов за счет их неравномерного нагрева, поскольку в известной установке учет коэффициента эмиссионной способности припаиваемого материла с температурой осуществляется калибровкой, а для кабельных сборок СВЧ, спаиваемые детали которых имеют различную плотность и выполнены из различных металлов (сплавов), точную калибровку по излучающей способности осуществить невозможно.

Ближайшим аналогом, сходным с заявляемым решением по конструктивным признакам, является Полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ (патент 181399. МПК B23K 1/002. Н01В 17/26. оп.12.07.2018). содержащая позиционер 1, включающий держатель кабеля 2 с зажимающим устройством 4 и держатель коаксиального соединителя 6. Генератор тока высокой частоты (ТВЧ) 7 подключен к охлаждаемой индукционной катушке 8, соединенной с резервуаром-охладителем 9. Установка включает пирометр 10, контроллер температурного режима 11, программируемый таймер 12, контроллер 13, задающий необходимый режим работы генератора ТВЧ 7, источник постоянного тока 14, устройство включения генератора ТВЧ 15.

Недостатком известного технического решения является позиционирование спаиваемых элементов, а именно законцовки коаксиального кабеля и втулки коаксиального соединителя в позиционере.

Задача изобретения заключается в создании устройства, позволяющего производить строгое позиционирование спаиваемых элементов, а именно законцовки коаксиального кабеля и втулки коаксиального соединителя в позиционере.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, выражается в получении кабельных сборок СВЧ, обладающих высокой механической прочностью, электрогерметичностью, необходимыми радиочастотными характеристиками.

Это достигается за счет того, что в полуавтоматической установке для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ, содержащей генератор тока высокой частоты (ТВЧ), подключенный к индуктору, пирометр, контроллер, задающий необходимый режим работы генератора ТВЧ, и опору для спаиваемых деталей, программируемый таймер и контроллер температурного режима пайки, при этом опора для спаиваемых деталей выполнена в виде позиционера, включающего держатель кабеля, закрепленный на оси, с зажимающим устройством в виде съемных поджимных губок, снабженных зажимателем губок, а индуктор выполнен в виде охлаждаемой индукционной катушки, представляющей собой трубку, оба конца которой соединены с резервуаром-охладителем с возможностью циркуляции жидкости по трубке, согласно полезной модели, позиционер включает держатель втулки коаксиального соединителя кабельной сборки, имеющий круглую опорную поверхность с отверстием в центре, диаметр которого совпадает с диаметром центральной жилы кабеля и глубиной на величину зачистки центральной жилы.

Существенное отличие заявленного изобретения от известных технических решений заключается в конструкции позиционера, снабженного держателем втулки соединителя, что обеспечивает строгое позиционирование спаиваемых элементов, а именно законцовки коаксиального кабеля и втулки коаксиального соединителя в позиционере.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 приведена схема установки для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ.

На фиг.2 - то же, держатель кабеля и держатель втулки соединителя.

На фиг.3 - то же, схема взаимного расположения держателя втулки соединителя, втулки соединителя и кабеля.

Позиции обозначают: позиционер 1; держатель кабеля 2; ось 3; зажимающее устройство 4; держатель 5 втулки соединителя 16; генератор тока высокой частоты (ТВЧ) 6; индукционная катушка 7; резервуар-охладитель 8; пирометр 9; контроллер температурного режима 10; программируемый таймер 11; контроллер 12; источник постоянного тока 13; устройство 14 включения (запуска) генератора ТВЧ; кабель 15; втулка соединителя 16; рабочая часть держателя 17; опорная поверхность держателя 18; центровочное отверстие 19; центральная жила кабеля 20; распределение припоя 21 в зазоре между втулкой 16 соединителя и оплеткой кабеля 24; диэлектрик кабеля 22; наружный слой кабеля 23; оплетка кабеля 24.

Полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ состоит из позиционера 1, обеспечивающего точное соединение и фиксацию спаиваемых коаксиальных поверхностей оплетки кабеля 15, и втулки 16 соединителя. Позиционер 1 включает держатель кабеля 2, который закреплен на оси 3 и зажимающее устройство 4, которое может быть выполнено в виде съемных поджимных губок, снабженных зажимателем губок, и держатель втулки соединителя 5. Также полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ состоит из генератора тока высокой частоты (ТВЧ) 6 с охлаждаемой индукционной катушкой 7, соединенной с резервуаром-охладителем 8; пирометра 9, фиксирующего температуру припоя; контроллера температурного режима 10, обеспечивающего анализ текущей температуры; программируемого таймера 11, управляющего контроллером 12, задающим необходимый режим работы генератора ТВЧ 6, источника постоянного тока 13, обеспечивающего питание генератора ТВЧ 6, устройства включения (запуска) 14 генератора ТВЧ 6, рабочая часть держателя 17; опорная поверхность держателя 18; центровочное отверстие 19. Позициями на чертежах показаны кабель 15, втулка соединителя 16, центральная жила кабеля 20; распределение припоя в зазоре между втулкой соединителя и оплеткой кабеля 21; диэлектрик кабеля 22; наружный слой кабеля 23; оплетка кабеля 24, которые поясняют результат работы полезной модели.

Держатель втулки соединителя 5 кабельной сборки, в составе полуавтоматической установки для пайки предназначен для пайки соединителей, в которых пайку втулки выполняют отдельно от корпуса, это прецизионные соединители типов SMA, 2,92. Центральный контакт в таких соединителях не паяется, а присоединяется к центральной жиле кабеля при помощи внутренней цанги. Таким образом качество сборки соединителя определяется качеством пайки втулки к оплетке кабеля строго в месте среза диэлектрика кабеля. Держатель втулки соединителя 5 имеет круглую поверхность 18 с отверстием 19 в центре, диаметр которого совпадает с диаметром центральной жилы кабеля (с допуском в плюс) и глубиной на величину зачистки центральной жилы (с допуском в плюс). Втулку соединителя 5 надевают на зачищенную часть оплетки 24 кабеля и центральную жилу 20 кабеля, вставляют в держатель 5 втулки 16 до упора диэлектрика в рабочую поверхность 17 держателя 5. Втулка 16 сдвигается к краю кабеля 15 до упора в рабочую часть 17 держателя 5. Таким образом втулка 16 позиционируется относительно плоскости среза диэлектрика 22. Далее выполняется позиционирование втулки 16 вместе с кабелем 15 относительно плоскости катушки 7 индуктора (в данном случае это важно, т.к. необходимо обеспечить быстрый и равномерный нагрев втулки 16).

Благодаря точному позиционированию и фиксации втулки 16 во время пайки достигается равномерное распределение припоя 21 в зазоре между втулкой 16 и оплеткой 24 кабеля 15 по всей глубине втулки 16. Это позволяет паять соединители типов 2,92, SMA, и в том числе прецизионные.

Полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ работает следующим образом:

Устанавливают вручную в позиционер 1 предназначенные для пайки элементы - кабель 15, предварительно зачищенный и с надетой на оплетку кабеля 21 втулкой соединителя 16. На свободную часть оплетки кабеля 24 вплотную к втулке 16 наматывают припой в виде проволоки. Далее кабель 15 с надетой на него втулкой 16 и припоем устанавливают в держатель втулки соединителя 5 до упора диэлектрика 22 кабеля 15 в опорную поверхность 18 держателя 5. После этого выполняют позиционирование втулки 16, упертой в рабочую поверхность 18 держателя 5 относительно индукционной катушки 7 индуктора. Далее выполняется фиксация кабеля 15 при помощи зажимающего устройства 4. Запускают генератор ТВЧ 6 от источника постоянного тока 13 устройством запуска 14. Переменное электромагнитное поле, локализованное и равномерно распределенное в зоне пайки, созданное охлаждаемой индукционной катушкой 7, под действием генератора ТВЧ 6 вызывает во втулке соединителя 16 индукционные токи, которые нагревают одновременно втулку соединителя 16, припой и оплетку 21 кабеля 15.

Таким образом достигается равномерное распределение припоя 21 в зазоре между втулкой соединителя 16 и оплеткой кабеля 24.

Инфракрасное излучение от нагреваемого припоя фиксируется пирометром 9 и в реальном времени оценивается контроллером температурного режима 10.

Контроллер температурного режима 10 формирует управляющий сигнал для программируемого таймера 11 на отключение генератора ТВЧ 6 при достижении верхней границы рабочего диапазона температур, а также управляющий сигнал для контроллера 12, задающего необходимый режим работы генератора ТВЧ 6, который определяет скважность, влияющую на скорость нагрева.

Генератор ТВЧ 6 продолжает формировать импульсы тока необходимой скважности в катушке на частоте 40 кГц до тех пор, пока не получит команду отключения от контроллера 12 на отключение по одному из двух событий: окончание времени нагрева определяемого программой таймера 11, либо достижение верхней границы рабочего диапазона температур. В первом случае сигнал на отключение подается программируемым таймером 11, во втором - контроллером температурного режима 10 через программируемый таймер 11.

Окончание процесса пайки наступает тогда, когда припой, расплавившись и оставаясь расплавленным (температура находится в заданных пределах) затечет или "всосется" за счет капиллярного эффекта в оплетку кабеля на глубину контрольного отверстия. Это достигается поддержанием температуры в заданных пределах требуемого времени и обеспечивается совместной работой контроллера температурного режима 10 и программируемого таймера 11.

Заявляемая полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ позволяет осуществлять пайку кабельных сборок СВЧ и изготавливать кабельные сборки высокого качества, обладающие высокой механической прочностью, электрогерметичностью, необходимыми радиочастотными характеристиками, вследствие того, что при пайке:

- достигается строгое позиционирование спаиваемых элементов, а именно законцовки коаксиального кабеля и втулки коаксиального соединителя в позиционере, снабженным держателем кабеля с заживающим устройством и держателем втулки соединителя;

- достигается равномерный локальный нагрев спаиваемых деталей за счет наличия охлаждаемой индукционной катушки. Кроме этого, охлаждаемая индукционная катушка совместно с контроллером температурного режима исключает перегрев диэлектрика кабеля в процессе пайки;

- исключается как перегрев спаиваемых элементов, так и застывание припоя, за счет оптимизации температурного режима, достигаемого наличием в установке контроллера температурного режима, который не просто поддерживает заданную температуру, а обеспечивает текущий анализ пайки, то есть анализирует параметры пайки и выдает управляющие команды в соответствии с программой (скорость нагрева, постепенное нарастание температуры до точки плавления, поддержание температуры в заданном диапазоне, при слишком быстром нагревании контроллер снизит скважность заранее, не давая перегреть обойму, или закипеть припою, при этом он не позволит температуре упасть ниже нижней границы рабочего диапазона, чтобы припой не застыл раньше, чем детали спаяются;

- программируемый таймер позволяет задавать временные интервалы для пайки кабельных сборок с использованием коаксиальных соединителей различных типов, что обеспечивает требуемое качество пайки каждой сборки, независимо от типа, используемого в ней соединителя, при этом качество пайки не зависит от квалификации оператора.

Полуавтоматическая установка предназначена для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ, а именно для припаивания оплетки кабеля к коаксиальному соединителю. Генератор тока высокой частоты (ТВЧ) установки подключен к индуктору. Установка содержит пирометр, контроллер, задающий режим работы генератора ТВЧ, программируемый таймер, контроллер температурного режима пайки. Позиционер для спаиваемых деталей содержит закрепленный на оси держатель кабеля с зажимающим устройством в виде съемных поджимных губок, снабженных зажимателем губок, и держатель втулки соединителя. Индуктор выполнен в виде охлаждаемой индукционной катушки, представляющей собой трубку, оба конца которой соединены с резервуаром-охладителем с возможностью циркуляции жидкости по трубке. Держатель втулки соединителя кабельной сборки выполнен с круглой опорной поверхностью с возможностью размещения с упором в нее втулки соединителя и среза диэлектрика кабеля, установленного во втулке. Держатель втулки соединителя имеет центральное отверстие на опорной поверхности, диаметр которого совпадает с диаметром центральной жилы кабеля, а глубина соответствует величине ее зачистки. За счет точного позиционирования спаиваемых элементов в позиционере установка обеспечивает получение кабельных сборок СВЧ, обладающих высокой механической прочностью, электрогерметичностью, необходимыми радиочастотными характеристиками. 3 ил.

Полуавтоматическая установка для индукционной пайки кабельных сборок СВЧ в виде кабеля и втулки соединителя, содержащая генератор тока высокой частоты (ТВЧ), подключенный к индуктору, пирометр, контроллер, задающий режим работы генератора ТВЧ, программируемый таймер, контроллер температурного режима пайки и позиционер для спаиваемых деталей, включающий закрепленный на оси держатель кабеля с зажимающим устройством в виде съемных поджимных губок, снабженных зажимателем губок, и держатель втулки соединителя, причем индуктор выполнен в виде охлаждаемой индукционной катушки, представляющей собой трубку, оба конца которой соединены с резервуаром-охладителем с возможностью циркуляции жидкости по трубке, отличающаяся тем, что держатель втулки соединителя кабельной сборки выполнен с круглой опорной поверхностью с возможностью размещения с упором в нее втулки соединителя и среза диэлектрика кабеля, установленного во втулке, при этом держатель втулки соединителя имеет центральное отверстие на опорной поверхности, диаметр которого совпадает с диаметром центральной жилы кабеля, а глубина которого соответствует величине ее зачистки.