Устройство для сварки давлением Советский патент 1986 года по МПК B23K11/04 

«

Устройство для сварки давлением Относится к микроэлектронике, а тлмен- но к области сборки полупроводнико вых приборов и интегральных микросхем .

Целью изобретения является повышение производительности сварки за счет повышения точности и скорости определения тмомента касания свариваемых материалов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений отдельных элементов устройства, t

Устройство для сварки давлением состоит из ультразвукового генератора 1, соединенного с ультразвуковым преобразователем 2,. индуктивного датчика 3, вьшолненного 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 Конед сварки ультразвукового второй вход - с выходом ки ультразвукового генератора 1, третий вход - с сигналом Пуск 1, а четвертый вход - с сигналом Установка О, цифроаналогового преобразователя 8, схемы ЗИ 9, первого триггера 10, компаратора 11, который первым входом подключен к индуктивному датчику 3, вторым входом - к вьпсоду цифроаналогового преобразователя 8, а выходом - к первому входу схемы ЗИ 9 и первому входу первого триггера 1 первой дифференциальной цепочки 12, выход которой; подключен ко второму входу первого триггера 10, второй дифференциальной цепочки 13, первой схемы 2ИЛИ 14, с;семь5 2И 15, первым входом соединенной с выходом первого триггера 10, вторым входом - с вы ходом второй дифференциальной цепочки 13, а выходом - с первым входом первой схемы 2ИЛИ 14 и входом ультразвукового генератора 1, первого инвертора 16, задающего генератора 17, реверсивного счетчика 18, ждущего мультивибратора 19, второй схемы 2И11 20, первый вход которой подключен к

генератора 1,

Время свар

выходу Конец сварки ультразвукбвог 5 )

генератора 1, второй вход к второму входу первой схемы 2ИЛИ 14 а вы,

10

15

ЭО

25

242320

ход - ко входу ждущего мультивибратора 19 и входу ydTaaoBKa реверсивного счетчика 18, который выходом соединен со входом цифроаналогового преобразователя 8, а входом Прямой счет с выходом схемы ЗИ 10, второй вход которой .связан с выходом задающего генератора 17, а третий вход - с выходом первого инвертора 16, второго триггера 21, управляемого мультивибратора 22, второго инвертора 23, третьей дифференциальной .цепочки 24, входом соединенной со входом первого инвертора 16 и выходом жду щего мультивибратора 19, а выходом - со входом Обратный счет реверсивного счетчика 18 и с первым входом второго триггера 21, второй вход которого подключен к выходу первой схемы 2ИЛИ 14, а выход - к входу управляемого мультивибратора 22, выходом соединенного со входом первой дифференциальной цепочки 12 и входом второго инвертора 23, который выходом подключен ко входу второй дифференциальной цепочки 13. I

Блок 7 управления шаговым природом состоит из генератора 25 импульсов, первого триггера 26, первой и второй схем 2И 27 и 28, схемЬ ЗИ 29, первым входом подключенной к выходу первого триггера 26, вторым входом - к выходу генератора 25 им-. пульсов,, третьим входом, являкнцим- ся вторым входом блока 7 управления шаговым приводом - к выходу Время сварки ультразвукового генератора 1, а вьпсодом - к первым входам первой и второй схем 2И 27 и 28, второго триггера 30, коммутатора фаз 31 и реверсивного счетчика 32, который входом Прямой счет соединен с выходом первой схемы 2И 27, входом 06- ратШ11Й счет - с выходом второй схемы 2И 28, входом Установка О - с четвертым входом блока 7 управления шаговым приводом, вьгходом - с входом компаратора 31 фаз, у которого выход является выходом блока 7 управления шаговым приводом, а выходом Обратный перен ос реверсивный счетчик 32 связан с вторым входом первого триггера 26, первым входом соединенного с третьим входом блока 7 55 управления шаговым приводом и с первым входом второго триггера 30, второй вход которого подключен к выходу Конец сварки ультразвукового гене30

35

40

50

ратора 1, первый вход - к второму входу первой схемы 2И 27, а второй выход - к второму входу второй схемы 2И 28.

Устройство работает следующим образом.

До подачи сигналов Пуск 1 и Установка О оператор после включения устройства в сеть подает импульс Пуск 2, после которого производит- ся запоминание максимума амплитуды холостого хода, т.е. максимума амплитуды сигнала, поступающего с индуктивного датчика 3 на первый вход компаратора 11 до момента касания сна- риваемых материалов. Сигнал Пуск 2 который подается на второй вход второй и первой схем ИЛИ 20 и 14, появляется на их выходе и поступает на вход Установка О реверсивного счет чика 18, на вход ждущего мультивибратора 19 и на второй вход второго триггера 21. При этом второй триггер 21 переводится в исходное состояние , при котором сигнал с его выхо- да, поступакяций на вход управляемого мультивибратора 22, блокирует выход последнего таким образом, что на нем постоянно присутствует сигнал логического О, который подается на вход второго инвертора 23. На выходе последнего присутствует сигнал логической 1, который поступает на вход- второй дифференциальной цепочки 13. Так как на входе второй диф- ференциальной цепочки 13 присутствует постоянный сигнал, то на ее выходе присутствует сигнал логического О (фиг. 2а), который подается на второй вход схемы 2И 15 (фиг. 1) и обеспечивает присутствие на ее выходе сигнала логического О на все время з апоминания максимума амплитуды сигнала холостого хода (фиг. 2ж) . Это приводит к тому, что на входе ультразвукового генератора 1 (фиг. 1) во время t,д не может появиться импульс на запуск ультразвукового генератора 1. Одновременно сигнал, приходящий на вход Установка О реверсивного счетчика 18, устанавливает на выходе последнего нулевой код, который подается на вход цифроаналогового преобразователя 8 и на выходе-последне- го устанавливает нулевое напряжение (О В), которое подается на второй вход компаратора 11.

Устройство готово к запоминанию максимума сигнала холостого хода.

По поступлению импульса Пуск 2 на вход ждущего мультивибратора 19 последний вырабатьгоает сигнал t д, (фиг. 2 &), поступающий на вход первого инвертора 16. На выходе первого инвертора 16 появляется сигнал логической 1, поступающий на третий вход схемы ЗИ 9, на втором вход которой присутствуют импульсы, поступающие с выхода задающего генератора 17.

При превышении сигналом, поступащим от индуктивного датчика 3 на певый вход компаратора 11, нулевого напряжения (фиг. 2а) компаратор 11 вырабатьшает сигнал логической 1 (фиг. 2К), 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 выхда 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. 2q), компаратор продолжает вырабатывать сигналы логической 1 (фиг. 26), 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 ровать, и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 продолжает возрастать до тех пор, пока не достигнет максимума сигнала, пос- тупагацего от индуктивного датчика 3 (фиг. 2а). По окончании сигнала t устройство переводится в режим ожидания момента касания свариваемых материалов, при этом на третьем входе схемы ЗИ 9 появляется сигнал логического О, который запрещает

прохождение импульсов с выхода задающего генератора 17 на выход схемы ЗИ 9 и на вход Прямой счет реверсивного счетчика 18, Одновременно по заднему фронту сигнала на выходе третьей дифференциальной цепочки 24 появляется короткий И 1пульс, поступающий на вход Обратный счет реверсивного счетчика 18,который вы читает этот импульс из числа импульсов , поступивших с выхода схемь: ЗИ 9 на вход Прямой счет реверсивного счетчика 18, выходной код на выходе последнего уменьшается на единицу младшего разряда, а величина напряжения, на выходе цифроаналогового преобразователя 8 уменьшается на величину напряжения, соответствующего дискретности цифроаналогового преобра- зователя 8. Таким образом, величина напряжения на втором входе компара- тора 11 оказывается меньше максимума сигнала с индуктивного датчика 3 на величину в пределах дискретности цифроаналогового преобразователя 8 (фиг. 2q). Последнее условие является необходимым для надежной работы устройства, так как вследствие дискретности, цифроаналогового преобразо- вателя 8 (фиг. 1) может создаться ситуация, когда до прохождения последнего импульса на вход Прямой реверсивного счетчика 18 напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 меньше максимума сигнала от индуктивного датчика 3, а после прохождения становится больше (фиг. 2а) и при дальнейшей работе устройства эта ситуация может быть расценена как ситуация, при которой произошло касание.

Одновременно с подачей импульса с выхода третьей дифференциальной цепочки 24 (фиг, 1) на вход Обрат- ный счет реверсивного счетчика 18 этот импульс поступает и на первый вход второго триггера 21, переводя последний р 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). Данные требова- ния выбраны в связи с тем, что частота импульсов, поступающих с индуктивного датчика 3 (фиг. 1) обычно

j 0 5 0 5 0

5

0

равна 65-67 кГц, а для нормальной работы устройства необходимо, чтобы за период следования импульса с выхода управляемого мультивибратора 22 с вероятностью, равной 1, прошел хотя бы один импульс с индуктивного датчика 3.

Дальнейшая работа устройства про- iисходит следующим образом.

Оператор подает сигнал Установка О на четвертый вход блока 7 управления шаговым приводом, устанав- . ливая последний в исходное состоя-. ние. Затем подает сигнал Пуск 1 на третий вход блока 7 управления шаговым приводом, сигнал с выхода последнего на шаговый привод 6, который начинает спускать механизмом 4 вертикальный перемещений сварочную головку 5.

Управляемый мультивибратор 22 вырабатывает импульсы, поступающие с его выхода на вход первой дифференциальной цепочки 12, на выходе которой ,появляется короткий импульс, который переводит первый триггер 10 в исходное состояние, при этом при касании на его выходе присутствует игнал логической 1. В- случае, ес- ли касание не произошло, т.е. амплитуда сигнала с индуктивного датчика 3 не уменьшилась, наступит момент, когда максимум этого сигнала превысит напряжение на втором входе компаратора 11, и последний переключается, прич€ М импульс с его выхода поступает на первый вход первого триггера 10 и переводит его в состояние, противоположное исходному (фиг. 2в), при котором на выходе первого триггера 10 появится сигнал логического О, который, поступая на первый вход схемы 2И 15 (фиг. 1), запрещает появление на ее выходе импульса, nocT t Tiar ero на вход УЗГ 1, т.е. запрещается запуск УЗГ 1 .

В случае же, если касание произош- ло, амплитуда сигнала -с индуктивного датчика 3 уменьшается (фиг. 2а() и компаратор 11 (фиг. 1.) не переключается, первый триггер 10 остается в ИС.ХОДНОМ состоянии (фнг. 2а), т.е. на его выходе будет присутствовать сигнал логической 1, который поступает на первый вход схемы 2И 15 (фиг. 1). По окончании импульса с выхода управляемого мультивибратора

22, поступающего на вход инвертора а с его выхода - на вход дифференциальной второй цепочки 13, на выходе последней формируется короткий им- пульс (фиг, 2й), который поступает на второй вход схемы 2И 15 (фиг. 1) и формирует на выходе схемы 2И 15 импульс t касания (фиг. 2ж), который поступает на вход ультразвукового генератора 1 и запускает последний, а также поступает на вход схемы 2ИШ 14, а с ее выхода - на второй вход второго триггера 21 и переводит последний в исходное состояние.

На время процесса сварки на второ 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 на поднятие шаговым приводом 6 сва- рочной головки 5. Этот же сигнал поступает на второй вход второй схемы 2ИЛИ 20, с ее выхода - на вход Установка О реверсивного счетчи- ка 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- тановка О реверсивного счетчика 18 и на вход ждущего мультивибратора 19 соответствует ситуации, когда.производится запоминание максимума амплитуды холостого хода.

Таким образом, сигнал Пуск 2 используется только перед самой первой сваркой, а на последующих сварках ег заменяет сигнал с выхода Конец сварки ультразвукового генератора 1 поэтому подавать для дальнейших сварок сигнал Пуск 2 не требуется.

Блок 7 управления шаговым приводом работает следующим образом.

Генератор 25 импульсов постоянно вьфабатывает импульсы, которые поступают на второй вход схемы ЗИ 29, на третьем ее входе присутствует

сигнал логической 1, поступпющин с выхода Время сварки ультразвукового генератора 1. Первый триггер 2 находится в .исходном состоянии, при котором на его выходе присутствует сигнал логическог о О., который присутствует и на первом входе схемы ЗИ 29 и запрещает появление на ее выход импульсов с выхода задающего генератора 25.

Таким образом, импульсы не появляются ни на входах первой и второй схем 2и 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 счетчцка 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 лопгчес- кой 1, поступающий на первый вход схемы ЗИ 29 и разрешающий появление на ее выходе и на первых входах первой и второй схем 2И 27 и 28 импульсов, поступающих с выхода генератора 25 импульсов на второй вход схемы ЗИ 29. Одновременно по сигналу Пуск 1 второй триггер 30 переводится в состояние, при котором на его первом вьЕсоде появляется сигнал логической 1, поступающий на второй вход первой схемы 2И 27 и разрешающий появление на ее выходе импульсов, а на втором выходе второго триггера 30 появляется сигнал логического О, поступающего на второй вход второй схемы 2И 28 и запрещающего появление на ее выходе импульсов. Импульсы с выхода первой схемы 2И 27 поступают на вход Прямой счет реверсивного счетчика 32, который суммирует их, его выходной код меняется и поступает на вход коммутатора 31 фаз, пос- ледний коммутирует фазы шагового привода 6, который опускает сварочную головку 5 до момента касания свариваемых материалов. После касания свариВаемьк материалов на выходе

Время сварки ультразвукового генератора 1 на время сварки появля%т- ся сигнал логического О, который, поступая на третий вход схемы Зй 29, запрещает появление ни ее выходе импульсов, поступающих на ее вход с - выхода генератора 25 импульсов. Та-. КИМ образом, импульсы не поступают ни на первый вход первой схемы 2И 27, ни на вход Прямой счет реверсивного счетчика 32. Выходной код на выходе реверсивного счеТчика 32 не изменяется, а поэтому шаговый привод 6 находится в покое По окон- чании времени сварки с выхода Конец сварки ультразвукового генератора 1 на второй вход второго триггера 30 проходит сигнал, который переключает его в противоположное состояние, при котором на первом его выходе появляется сигнал логического О, поступающий на второй вход первой схемы 2Й 27 и запрещающий появление, на ее выходе импульсов, а на втором выходе второго триггера 30 появляется сигнал логической 1, поступающий на второй вход второй схемы 2И 28 и разрешающий появление на ее выходе импульсов. Одновременно с окончанием времени сварки на выходе Время сварки ультразвукового

генератора 1 появится сигнал логической 1, разрешакиций прохождение импульсов с выхода генератора импуль- сов 25 на выход схемы ЗИ 29, на первый вход второй схемы 2И 28, на ее выход и на вход Обратный счет реверсивного счетчика 32, которьй вычитает их из числа импульсов, посту- пивших на его вход Прямой счет. Выходной код на выходе реверсивного счетч;ика 32 изменяется и поступает на ко имутатор 31 фаз, который коммутирует фазы таким образом, что maговый привод 6 поднимает сварочную головку 5. При появлени на выходе реверсивного счетчика 32 нулевого кода на его выходе Обратный счет формируется импульс, который Посту- пает на второй вход триггера 26, переводя его в исходное состояние. Шаговый привод 6 останавливается, и покоится до подачи следующего сигнала Пуск Сигнал Установка О пода- вать больше не надо, так как на выходе реверсивного счетчика 32 присутствует нулевой код.

Предлагаемое устройство -не требует наличия никаких подстроечных эле- ментов, что приводит к автоматической настройке и, следовательно, к повышению производительности.

/

MCOHl/Jf

Редактор П. Коссей

Составитель В. Катин Техред Н.Бонкало

Заказ 3650/16Тираж 1001Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. г

Корректор А. Зимскосрв