Установка для присоединения проволочных выводов Советский патент 1992 года по МПК B23K20/10 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к оборудованию дяя присоединения проволочных выводов методом термохомпресс -ш к различным интегральным схемам и полупроводниковым приборам,

Известно устройство для сварки давлением, содержащее сварочную головку, состоящую лз кооп/са v подпружиненного рычага со сварочным инструментом, механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом, датчик сварочной нагрузки, закрепленный на подпружиненном рычаге, усилитель, входом подключенный к детчику сварочной нагрузки, блок управления ш с го РЫМ приводом с пусковые сигналов -;ч первом входе, выходом подключенный к шаговому приводу, тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, буферное оперативное запоминающее устройство, элемент задержки, R-S-rpwep, етробируемый вычитатель, два формирователя, два программатора и две счемы соавнения.

Прототипом является устаьовча длч присоединения проволочных сыводов, содержащая станину, разрядник, гакреплен- ный на станине, сварочную головку, корпус сварочной головки, сварочный инструмент датчик сварочной нагрузки, шаговый привод сварочной головки, закрепленный на станине и взаимодействующий со сварочной головкой, зажимные губкк с приводом, расположенные на корпусе сварочной головки, блок формирования шарика, генератор профиля сварочной нагрузки и блок управления сварочной системой.

Недостатком указанных установок является отсутствие автоматических систем активации свариваемых поверхностей в зависимости от их состояния перед сваркой (наличие окисных и адсорбционных пленок, молекул газа, загрязнений и т.д.), поэтому сварные соединения имеют низкое качество, что в свою очередь ведет за собой снижение выхода годных приборов.

Целью изобретения является введение в процесс сварки дозированной колебательной энергии сварочного инструмента с авто &

магической стабилизацией ее в течение времени.

На фиг, 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 - общий вид сварочной головки; на фиг, 3 - структурная схема установки; на фиг. 4 - циклограмма работы установки; на фиг, 5 - структурная схема формирователя текущей координаты; на фиг. 6 - структурная схема формирователя фазных токов; на фиг. 7 - структурная схема преобразователя; на фиг. 8 - структурная схема вычислителя колебательной энергии; на фиг. 9 - структурная схема формирователя возмущающего воздействия; на фиг. 10- структурная схема блока контроля сварочной нагрузки; на фиг, 11 - циклограмма работы формирователя возмущающего воздействия; на фиг. 12 - алгоритм работы блока управления установкой.

Установка для присоединения проволочных выводов состоит из станины 1 (фиг. 1), сварочного инструмента 2, датчика 3 сварочной нагрузки, измерителя перемещения 4, сварочной головки 5 (фиг. 2), выполненной в виде упругой балки 6, например, с П-образным пазом, на одном конце которой закреплен сварочный инструмент 2, м корпуса 7, на котором жестко закреплен второй конец упругой балки 6, а датчик 3 сварочной нагрузки расположен у этого конца упругой балки, разрядника 8, зажимных губок 9 с приводом 10, закрепленных на корпусе сварочной головки 5, катушки с привариваемым проводником 11, позиционера 12, установленного на станине 1 с возможностью одновременного перемещения по трем координатам X, Y и Z с помощью трех шаговых приводов 13, 14 и 15, на котором в свою очередь крепится сварочная головка 5, при этом на втором шаговом приводе 14 установлен измеритель перемещения 4, блока контроля сварочной нагрузки 16 (фиг, 3), первым входом подключенного к датчику 3 сварочной нагрузки, блока 17 формирования шарика, выход которого соединен с разрядником 8, трех формирователей текущей координаты 18, 19 и 20 по осям X, Y и Z соответственно, трех формирователей фазных токов 21, 22 м 23, преобразователя 24, первым входом подключенного к измерителю перемещения 4, и блока 25 управления установкой с пусковым сигналом на первом входе, второй вход которого соединен с выходом блока контроля сварочной нагрузки 16, третий - с выходом преобразователя 24, четвертый - с выходом первого формирователя текущей координаты 18 и входом первого формирователя фазных токов 21, подключенного к первому шаговому приводу 13 позиционера 12, перемещающего свврочную головку 5 по оси X, пятый - с выходом второго формирователя текущей координаты 19, шестой - с выходом третьего формирователя текущей координаты 20 и

входом третьего формирователя фазных токов 23, подключенного к третьему шаговому приводу 15 позиционера 12, перемещающего сварочную головку 5 по оси Z, первый выход блока 25 управления установкой под0 ключей к второму входу блока контроля сварочном нагрузки 16 и второму входу преобразователя 24, второй - к входу первого формирователя текущей координаты 18, третий - к входу второго формирователя

5 текущей координаты 19, четвертый - к входу третьего формирователя текущей координаты 20, пятый - к входу блока 17 формирования шарика, а шестой - к приводу 10 зажимных губок 9, а также переключателя

0 26 и последовательно соединенных вычислителя 27 колебательной энергии, регистра эталонной энергии 28, вычитателя 29, регулятора 30, формирователя 31 возмущающего воздействия и сумматора 32, причем

5 первый вход вычитателя 27 колебательной энергии подключен к выходу преобразователя 24 и третьему входу блока 25 управле- НМР установкой, второй - к выходу блока контроля сварочной нагрузки 16 и второму

0 входу блока 25 управления установкой, третий - к первому выходу блока управления сварочной системой, второму входу блока контроля сварочной нагрузки 16 и второму входу преобразователя 24, а четвертый - к

5 седьмому выходу блока 25 управления установкой, второму входу формирователя 31 возмущающего воздействия, второму входу регулятора 30 и третьему входу преобразователя 24, причем выход вычислителя 27 ко0 лебательной энергии и первый вход регистра эталонной энергии 28 соединен с вторым входом вычмтателя 129, второй вход сумматора 32 - с выходом второго формирователя текущей координаты 19 и пятым вхо5 дом блока управления сварочной системой, выход сумматора 32 - с входом второго формирователя фазовых токов 22, подключенного к второму шаговому приводу 14 позиционера 12, перемещающего свароч0 ную головку по оси Y, а переключатель 26 соединен с вторым входом регистра эталонной энергии 28.

Формирователь текущей координаты 18, 19 и 20 (фиг. 5} состоит из опорного

5 генератора 33, управляемого делителя частоты 34, двух элементов И 35 и 36 и реверсивного счетчика 37, причем управляемый делитель частоты 34 тактоаым входом соединен с выходом опорного генератора 33, а выходом с первыми входами элементов И 35

и 36, выходы которых в свою очередь соединены соответственно с инкрементным и де- крементным входами реверсивного счетчика 37, группа входов, состоящая из информационного входа управляемого делителя частоты 34 и вторых входов первого и второго элементов И 35 и 36, является входом формирователя текущей координаты 18, 19 и 20, а выход реверсивного счетчика 37 является выходом формирователя текущей координаты 18, 19 и 20.

Формирователь фазных токов 21, 22 и 23 (фиг, 6) состоит из m последовательно соединенных постоянных запоминающего устройства 38, цифроаналоговых преобразователей 39 и усилителей мощности 40, причем входы постоянных запоминающих устройств объединены и являются входом формирователя фазных токов 21, 22 и 23, а группа выходов m усилителей мощности 40, каждый из которых подключен к соответствующей фазной обмотке шагового двигателя 13, 14 и 15 и является выходом формирователя фазных токов 21, 22 и 23.

Преобразователь 24 (фиг. 7) состоит из последовательно соединенных усилителя 41, аналого-цифрового преобразователя 42 и вычислителя 43, причем тактовые входы аналого-цифрового преобразователя 42 и вычислителя 43 объединены и являются вторым входом (входом синхронизации) преобразователя 24, пусковой вход вычислителя 43 является третьим (пусковым) входом преобразователя 24, вход усилителя 41 является первым входом преобразователя 24, а выход вычислителя 43 - выходом преобразователя 24.

Вычислитель 27 колебательной энергии (фиг. 8) состоит из блока вычисления модуля числа 44, сумматора 45, умножителя 46, первым входом соединенного с выходом блока вычисления модуля числа 44, а выходом - с первым входом сумматора 45, инвертора 47, элемента задержки 48, первого и второго регистров 49 и 50, причем вход первого регистра 49 соединен с выходом сумматора 45, а выход - с вторым входом сумматора 45 и входом второго регистра 50, выход инвертора 47 соединен с входом элемента задержки 48 и тактовым входом второго регистра 50, выход элемента задержки 48 соединен с входом сброса первого регистра 49, причем вход блока вычисления модуля числа 44 является первым входом, второй вход умножителя 46 является вторым входом вычислителя 27 колебательной энергии, тактовый вход первого регистра 49 является третьим (тактовым) входом, вход инвертора 47 - четвертым (пусковым) входом, а выход

второго регистра 50 - выходом вычислителя 27 колебательной энергии.

Формирователь 31 возмущающего воздействия (фиг. 9) состоит из программатора 5 51 длительности возмущающего воздействия, программируемого одновибратора 52, вычитателя 53, первым входом соединенного с выходом программатора 51 длительности возмущающего воздействия, а выходом 10 -с информационным входом программируемого одновибратора 52, программатор 54 фазы возмущающего воздействия и мультиплексора 55, первым входом подключенного к выходу программатора 54 фазы 15 возмущающего воздействия, вторым входом - к шине логического нуля, а управляющим входом - к выходу программируемого одновибратора 52. причем пусковой вход программируемого одновибратора 52 явля- 20 ется вторым (пусковым) входом, второй вход вычитателя 53 - первым входом, а выход мультиплексора 55 - выходом формирователя 31 возмущающего воздействия.

Блок контроля сварочной нагрузки 16 5 (фиг. 10) состоит из последовательно соединенных усилителя 56 и аналого-цифрового преобразователя 57, причем вход усилителя 56 является первым входом блока контроля сварочной нагрузки 16, выход (информаци- 0 онный) аналого-цифрового преобразователя - выходом блока контроля сварочной нагрузки 16, а второй вход (та кто вый) аналого-цифрового преобразователя 57 - вторым входом блока контроля сварочной нагрузки 5 16.

Принцип работы установки заключается в следующем.

Интегральная схема размещается на предметном столике и нагревается до тем- 0 пературы 280-350°С, после чего привариваемый проводник, на конце которого оплавлен шарик совмещается с контактной площадкой полупроводникового кристалла и к шарику прикладывается усилие нагруже- 5 ния, необходимое для сварки. В момент достижения усилием нагружения оптимального значения на шаговый привод 14 (фиг. 4), перемещающий сварочную головку по оси Y, подают импульс дозированной длительно- 0 сти, который вызывает колебания сварочного инструмента 2. Тангенциальные колебания в зоне контакта вызывают трение из-за возвратно-поступательного движения сжатых контактирующих поверхностей, в 5 результате чего происходит разрушение окисных пленок и вытеснение к периферии адсорбированных пленок, молекул газов и загрязнений, что в итоге приводит к образованию хорошего физического контакта меж- ду соединяемыми поверхностями и

интенсифицирует процесс образования соединения. Длительность импульса, подаваемого на шаговый привод 14, определяется по величине колебательной энергии, измеренной на каждой предыдущей сварке, и ее величина корректируется для каждой последующей сварки.

Установка работает следующим образом,

После подключения установки к источнику электрической энергии все внутренние регистры регулятора 30 сброшены в нулевое состояние, в (результат чего на выходе регулятора 30 имеет место нулевой код. Кроме того, переключатель 26 находится в состоянии, при котором на его выходе имеет место сигнал логической единицы, который разрешает прохождение информации с входе регистра эталонной энергии 28 на его выход. Таким образом, на первый и второй входы вычитателя 29 поступает одинаковый циф- оовой код, вследствие чего на выходе вычитателя 29 имеет место нулевой код (фиг, 3). Перед началом формирования перемычки между полупроводниковым кристаллом и траверсой интегральной схемы оператор вручную запускает (фиг. 4) в момент времени ti блок 17 формирования ша- рмка (фиг. 3), оплавляет шарик на кончике проволоки высоковольтным импульсом с разрядника 8 и совмещает первую контактную площадку полупроводникового кристалла интегральной схемы с осью инструмента 2 и подает пусковой сигнал (фиг. 4, момент времени tz) на первый вход блока 25 управления установки. Последний запускает третий формирователь текущей координаты 20 (фиг. 3) на опускание свароч- i-гай головки и одновременно со своего первого выхода начинает тактировать второй вход блока контроля сварочной нагрузки 16, преобразователя 24 и вычислителя 27 колебательной энергии. Формирователь текущей координаты 20 вырабатывает на своем выходе последовательно возрастающий на единицу двоичный код, поступающий на третий формирователь фазных токов 23, коммутирующий обмотки шагового привода 15, который перемещает сварочную головку 5 в позицию сварки, В момент касания (фиг. 4, момент времени гз) оплавленным шариком контактной площадки полупроводникового кристалла упругая балка 6 (фиг. 2) сварочной головки 5 начинает прогибаться по мере опускания сварочной головки 5 и благодаря своей упругости создает нагрузку кз свариваемые детали. Величина нагрузки регулируется датчиком 3 сварочной нагрузки, расположенным у конца упругой балки 6, выполненным в виде двуплечего тензометрического моста, напыленного на кремниевую мембрану, и поступает на первый вход блока контроля сварочной нагрузки 16. Блок контроля сварочной нагрузки 16 усиливает и преобразует в цифровой код сигнал с выхода датчика 3 сварочной нагрузки, после чего преобразованный таким образом сигнал поступает на второй вход блока 25 управления установкой и второй вход

0 вычислителя 27 колебательной энергии. Блок 25 управления установкой сравнивает текущее значение сварочной нагрузки в процессе опускания сварочной головки 5 с заданным PI (фиг. 4), которое предваритель5 но записано в память блока 25 управления установкой и в момент их равенства блок 25 управления установкой через формирователь текущей координаты 20 и формирователь фазных токов 23 прекращает

0 коммутацию обмоток шагового привода 15 и останавливает сварочную головку 5. Одновременно блок 25 управления установкой подает пусковой сигнал со своего седьмого выхода на третий вход преобразователя 24,

5 четвертый вход вычитателя 27 колебатель - ной энергии, второй вход регулятора и второй вход формирователя возмущающего воздействия, переводя эти элементы в рабочее состояние, при этом на выходе переклю0 чателя 26 присутствует сигнал логической единицы, который устанавливает режим работы регистра эталонной энергии 28t при котором сигнал на его выходе повторяет значение сигнала на его входе. Поэтому на

5 обоих входах вычитателя 29 присутствует сигнал одинакового уровня, а на выходе вычитателя - сигнал нулевого уровня, в итоге на выходе регулятора 30 и, следовательно, на первом входе формирователя 31 возму0 щающего воздействия также присутствует Сигнал нулевого уровня. Формирователь 31 возмущающего воздействия формирует на шаговый привод 14 через сумматор путем суммирования текущего кода с выхода фор5 мирователя текущей координаты 19с кодом с выхода формирователя 31 возмущающего воздействия возмущающее воздействие в виде скачка дозированной длительности управляющего вектора магнитного поля ин0 дуктора шагового привода 14, вызывающее колебания сварочного инструмента 2.Длительность скачка вектора магнитного поля и его величина подбираются с помощью программаторов формирователя 31 возмущаю5 щего воздействия по критерию максимальной прочности сварного соединения, В тоже время с целью учета влияния состояния свариваемых поверхностей на качество сварного соединения и автоматического поддержания режима работы устройства, близкого к оптимальному, во время приложения возмущающего воздействия производят вычисление колебательной энергии сварочного инструмента,

Вычисление колебательной энергии производят следующим образом.

Сигнал с измерителя перемещения 4 (фиг, 1) поступает на вход преобразователя 24, где происходит преобразование входного сигнала в цифровой код и вычисление перемещения сварочного инструмента 2 в течение рассматриваемого интервала времени. Например, если в качестве преобразователя перемещения 4 используется датчик ускорения, выполненный на пъезоке- рамической основе, то преобразователь 24 реализует вычисление следующей формулы:

i - 1

+ 2 ч).

,ai - 1 + at

4

где ASi - текущее значение элементарного перемещения сварочного инструмента 2; ai - текущее измеренное значение ускорения сварочного инструмента 2, поступающее с выхода измерителя перемещения 4; ajC e 0,1,2,...1-1) - ускорение измеренное ранее на J-периодах синхронизации, начиная с момента запуска преобразователя 24; At - период синхронизации, задаваемый с седьмого выхода блока 25 управления сварочной нагрузкой.

Преобразованный таким обрзэом сигнал поступает на первый вход вычислителя 27 колебательной энергии, на второй вход которого приходит сигнал с выхода блока измерения сварочной нагрузки 16.

Вычислитель 27 колебательной энергии производит вычисление колебательной энергии сварочного инструмента по формуле

Е 2) Fi f ASi I,

0

где Fi - текущее значение нагрузки на свариваемые материалы;

ASt I - модуль текущего перемещения сварочного инструмента 2;

I - число импульсов синхронизации длительностью А г за время измерения колебательной энергии.

Так как на выходе переключателя 26 установлен сигнал логической единицы, то как было установлено выше на первом входе формирователя возмущающего воздействия имеет место нулевой код, поступающий с выхода регулятора 30, и таким образом значение колебательной энергии, вычисленное для текущей произведенной сварки вычислителем 27 колебательной энергии не

будет влиять на работу формирователя 31 возмущающего воздействия.

Под действием сварочной нагрузки, разогрева зоны сварки и возмущающего воз- 5 действия привариваемый проводник деформируется в течение времени ts - 14 (фиг. 4), необходимого для образования сварочного соединения, и в момент времени ts блок 25 управления сварочной нагрузкой за- 10 пускает формирователь текущей координаты 20 и через формирователь фазных токов 23 коммутирует обмотки шагового привода 15 на подъем сварочной головки 5 на высоту Нп (фиг. 4), необходимую для образования 15 проволочной петли. После чего в момент времени te блок управления сварочной системой автоматически запускает формирователи текущей координаты 18 и 19. которые через формирователи фазных токов 21 и 22 0 перемещают сварочную головку 5 в позицию присоединения проводника к траверсе прибора. Приварка проводника к траверсе интегральной схемы происходит аналогично приварке шарика к контактной площадке 5 с той разницей, что шарик в данной ситуации не образуется и исключена подача возмущающего воздействия для активации соединяемых поверхностей, так как обычно сварка проводника на траверсе прибора 0 происходит к золотой металлизации значительной толщины (до 5 мкм) и не требует интенсификации процесса. По окончании процесса сварки на траверсе прибора блок 25 управления установкой запускает (фиг, 4, 5 момент времени г) формирователь текущей координаты 20, который через формирователь фазных токов 23 коммутирует обмотки шагового привода 15 на подъем сварочной головки 5. В момент времени ts, когда сва- 0 рочная головка поднялась на величину Но (фиг. 4) блок управления сварочной системой со своего шестого выхода подает сигнал на привод 10 зажимных губок 9. Зажимные губки зажимают проволоку и при дальней- 5 шем подъеме сварочной головки 5 она обрывается по утонению вблизи сварки на траверсе интегральной схемы, причем из сварочного инструмента 2 выступает хвостовик проволоки длиной Но, необходимый 0 для образования шарика, а сварочная головка 5 перемещается в исходное состояние. Монтаж последующих перемычек происходит аналогично описанному, при этом все координаты контактных площадок и тра- 5 вере интегральной схемы записываются в память блока 25 управления установкой при обучении установки. Перемещение сварочной головки к заданной точке интегральной схемы происходит путем запуска формирователей текущей координаты 18 и 19 и сравнивая выходных кодов формирователей текущей координаты 18 и 19, которые подаются на четвертый и пятый входы блока 25 управления установкой с заданными в памяти блока 25 управления установкой. В момент равенства этих кодов сварочная головка 5 прекращает перемещение по осям X и Y и перемещается в позицию сварки по оси Z.

По окончании формирования текущей перемычки оператор анализирует характер сварного соединения, образованного контактной площадкой интегральной схемы и золотой проволокой. Если характер соединения неудовлетворителен, оператор устанавливает новое значение на программаторе 51 длительности возмущающего воздействия (фиг. 9) формирователя 31 возмущающего воздействия и запускает установку на выполнение следующей перемычки. Затем оператор вновь анализирует характер сварного соединения, образованного более или менее мощным колебательным движением сварочного инструмента 2. Такие пробные разварки производятся оператором до получения удовлетворительного качества сварного соединения. После подбора оптимального колебательного движения инструмента 2 оператор переводит переключатель 26 в положение, при котором на его выходе устанавливается значение сигнала логического нуля. При этом в регистре эталонной энергии 28 зафиксируется значение энергии, рассчитанное вычислителем 27 колебательной энергии при последнем цикле формирования перемычки, при котором оператор определил оптимальный режим для образования сварного соединения. Далее при формировании следующей перемычки вычислитель 27 колебательной энергии определит колебательную энергию следующего выполненного сварного соединения на контактной площадке интегральной микросхемы, цифровой код которой поступает на второй вход вычислителя 29, на первом входе которого постоянно присутствует цифровой код эталонной энергии активации, поступающий с выхода регистра эталонной энергии 28, значение которой было зафиксировано в нем, когда оператор устанавливал сигнал на выходе переключателя 26 из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Если измеренный код энергии активации для текущей сварки совпадает с эталонным кодом, т.е. ошибка передачи колебательной энергии в зону сварки относительно эталонной энергии равна нулю, то на первый вход регулятора 30 поступит цифровой нулевой код и, следовательно, на его выходе будет

иметь место также нулевой код, а результате чего при формировании следующей перемычки формирователь 31 возмущающего воздействия сформирует на своем выходе

управляющее воздействие, не отличающееся по длительности от предыдущего цикла. Если же с течением времени из-за дрейфа характеристик электромагнитной системы привода 13, например из-за изменения зазора воздушной подушки между статором и индуктором двигателя, изменения магнитных свойств конструкционных материалов, составляющих этот двигатель, температурного дрейфа характеристик формирователя

фазных токов 21 и т.п., а также вследствие изменения декремента затухания механических колебаний сварочного инструмента 2 из-за изменения условий образования сварного соединения (загрязнений, наличия адсорбированных и окисных пленок и т.д.), на выходе вычислителя 27 колебательной энергии появится цифровой код, отличный от кода, поступающего с выхода регистра эталонной энергии 28, в результате чего на

входе регулятора 30 появится ненулевой цифровой код ошибки, равный разности между эталонной энергией и измеренной в последнем цикле сварки. Регулятор 30 по значению этой ошибки выдаст на первый

вход формирователя 31 возмущающего воздействия цифровой код, корректирующий длительность формируемого последним сигнала, возмущающего воздействие в сторону увеличения или уменьшения колебательного движения сварочногв инструмента.Например, если вычисленное значение колебательной энергии для толькв что произведенной сварки получится меньше эталонной, записанной в регистре эталонной энергии 28, то на первом вход формирователя 31 возмущающего воздействия появится цифровой код, увеличивающий длительность возмущающего воздействия. Таким образом, поддерживается постоянство колебательной энергии, вводимой в зону сварки на контактную площадку интегральной схемы в течение времени.

Образование оплавленного шарика при разварке последующих перемычек происходит автоматически при опускании сварочной головки 5 сигналом с блока управления установкой при прохождении инструмента

2 вблизи разрядника 8,

Формирователи текущего кода 18, 19 и 20 (фиг. 5) предназначены для задания цифрового кода текущего положения индуктора линейного шагового привода 13, 14 и 15 по

схеме коммутации фазных обмоток двигателя с электрическим дроблением шага.

Формирователи 18, 19 и 20 работают следующим образом,

При подаче цифрового кода на инфор- мационный вход управляемого делителя частоты 34 последний делит тактовую частоту опорного генератора 33, тем самым задавая частоту перемещения шаговых приводов 13, 14 и 15. Преобразованный таким образом частотный сигнал поступает на первые входы элемснтор И 35 и 36, на вторые входы которых приходят сигналы, управляющие направлением даижения шаговых приводов 13, 14 и 13, влево-вправо шагового привода 13, вперед-каззд шагового привода 14 и вверх-вниг пятового привода 15. В дальнейшем сигналы с. выходов элементов И 35 и 36 поступают на инкрементный и декремент- ный входы реверсивного счетчика 37, кото- рый формирует последовательно изменяющийся цифровой код, увеличивающийся или уменьшающийся в зависимости от того на какой из входов реверсивного счетчика 37 подаются тактовые импульсы. Таким образом, на выходе реверсивного счетчика 37 формируется код задания текущего положения индуктора линейного шагового привода. Емкость реверсивного счетчика 37 составляет МС КдглР, где Кд - коэффициент дробления; m - число фазных обмоток линейного шагового привода; R - число периодов нарезки статорной пяиты линейного шагового привода, определяющее максимальную длину хода индуктора.

Формирователи фазных токов 21, 22 и 23 (фиг. 6) предназначены для формирования фазных токов в соответствующих обмотках шаговых приводов 13,14 и 15 по заранее заданному закону. Формирователи фазных токов 21. 22 и 23 работают следующим образом.

При подаче на входы ПЗУ 381, З82...38т цифрового кода задания текущей координаты последние устанавливают на своих выхо- дах цифровые значения уровней тока в каждой из m соответствующих фазных обмоток индуктора диалогового привода (13, 14,15) по заранее записанному в них закону коммутации. Эти цифровые коды затем пре- образуются в соответствующие аналоговые уровни в цифроаналоговых преобразовате- ляхЗЭ1, 39 ...39ти далее поступают на соответствующие усилители мощности 40 , 402...40 , которые -гепосредственно задают требуемые значения токов в каждой из соответствующих m фазных обмотках шагового привода 13, 14 и 15. Для улучшения динамических свойств привода усилители мощности 40 . 402...40т могут иметь местные

обратные связи и цепи токовой форсировки цепи коррекции. Емкость ПЗУ 381. 38 ...38т составляет Nn Кдт, где Кд - коэффициент дробления;

m - число фазных обмоток двигателя.

Преобразователь 24 (фиг. 7} предназначен для преобразования сигнала с датчика 4 в цифровой код перемещения сварочной го- ловки 5 по оси Y. Преобразователь 24 осуществляет вычисление элементарного перемещения сварочной головки 5 по оси Y на каждом периоде синхронизации At. Преобразователь 24 работает следующим образом. В исходном состоянии вычислитель 43 преобразователя 24 установлен в нулевое состояние пусковым сигналом логического нуля с седьмого выхода блока 25 управления установкой, который подается на третий вход преобразователя 24 и соответственно на пусковой вход вычислителя 43.

Аналоговый сигнал с выхода измерителя перемещения 4, например датчика ускорения, поступает через усилитель 41 на вход аналого-цифрового преобразователя 42, где сиг -isn преобразуется в цифровой код по каждому такту синхронизации At, поступающему на его тактовый вход с первого выхода блока управления сварочной системой. При поступлении сигнала логической единицы на пусковой вход вычислителя 43 (фиг. 11, момент времени и) последний начинает вычислять значение элементарного перемещения на каждом такте синхронизации по формуле

(-L ±ai+|| l)f

где A Si - элементарное перемещение координаты на i-ом периоде синхронизации;

ai - ускорение на 1-ом периоде синхронизации;

aj - ускорения, измеренные на j-ом периоде синхронизации, начиная с момента запуска преобразователя.

По окончании подачи сигнала логической единицы на пусковой вход вычислителя 43 (фиг. 11, момент времени ts) последний сбрасывается в исходное нулевое состояние. Таким образом, во время действия сигнала логической единицы на входе разрешения блока, на его выходе имеет место последовательность кодов элементарных приращений ASi, вычисляемых по выше указанной формуле.

В качестве измерителя перемещения 4 в устройстве могут также использоваться, например, тахогенераторная обмотка на индукторе двигателя или оптический растровый датчик перемещения. В этом случае преобразователь 24 видоизменяется в соответствии с типом используемого датчика.

Вычислитель 27 колебательной энергии (фиг. 8) предназначен для вычисления колебательной энергии сварочного инструмента при подаче на шаговый привод 14 возмущающего воздействия.

В исходном состоянии на входе инвертора 47 имеет место уровень логического нуля и первый регистр 49 установлен в нулевое состояние, так как на его входе сброса имеет место сигнал уровня логической единицы.

При подаче на вход инвертора 47 сигнала логической единицы на вход сброса первого регистра 49 с выхода элемента задержки 48 поступает сигнал логического нуля, по которому разрешается запись ин- формации в первый регистр 49. На входе первого регистра 49 в это время имеет место цифровой код с выхода сумматора 45, который численно равен произведению модуля числа с выхода блока вычисления модуля числа 44, поступающего на первый вход, и кода, несущего информацию о нагрузке на свариваемые детали с выхода блока измерения сварочной нагрузки 16 (фиг. 4), поступающего на второй вход вычислителя 27 колебательной энергии.

При поступлении первого импульса Ли (фиг. 11) на тактовый вход первого регистра 49 это значение перепишется в первый регистр 49, при этом это значение поступит на второй вход сумматора 45. При поступлении второго импульса Ata на тактовый, вход первого регистра 49 в него запишется сумма значений) A Sal Fa, поступающего на первый вход сумматора 45 с выхода умножителя 46 и I ASil Fi, поступающего с выхода первого регистра 49, и т.д. При поступлении на тактовый вход первого регистра 491-го тактового импульса в него запишется значение(Д Si FI. Далее при появлении на входе инвертора 47 сигнала логического нуля информация с выхода первого регистра 49 переписывается во второй регистр 50 по фронту переключения сигнала на выходе инвертора 47 из состояния логического нуля в состояние ло- гической единицы. Этим же сигналом через задержку времени на элементе задержки 48 первый регистр 40 снова сбрасывается в нулевое состояние. Таким образом, на выходе второго регистра 50 будет иметь место

значение У FI |ДSi/, где I-числотактов i -о

At, имеющее место во время установки сигнала логической единицы, на пусковом вхо- де вычислителя 27 колебательной энергии. Формирователь 31 возмущающего воздействия (фиг. 9) предназначен для формирования дозированного возмущающего воздействия на шаговый привод 13, 14 и 15 (фиг. 1) в виде скачка дозированной длите;

ности вектора магнитного поля индуктора, задающего его положения относительно статора шагового двигателя 13, 14 и 15.

Формирователь возмущающего воздействия работает следующим образом, В исходное состояние мультиплексор 55 включен сигналом логического нуля с выхода программируемого одновибратора 52 на прохождение информации с его второго входа, который подключен к шине логического О, на его выход. Таким образом, в исходное состоянии формирователь 31 возбуждающего воздействия на своем выходе выдает нулевой цифровой код.

На информационном входе программируемого одно вибратора 52 имеет место циф- ровой код, поступающий с выхода вычитателя 53, являющийся разностью установленным на программаторе 51 возмущающего воздействия цифровым кодом и цифровым кодом коррекции возмущающего воздействия, поступающим на второй вход вычитателя 53 с выхода регулятора 30 (фиг. 4). Причем информация на второй вход вычитателя 53 поступает в дополнительной код, т.е. вычитатель 53 может работать и с отрицательными числами, В последнем случае цифровой код на выходе вычитателя 53 может быть больше цифрового кода, определенного на программаторе 51 длительности возмущающего воздействия 51.

При подаче пускового сигнала (фиг. 11) логической единицы (момент времени 1и) на управляющий вход программируемого од- новибратора 52 последний-на своем выходе выработает сигнал логической единицы длительностью, определенной значением цифрового кода на его информационном входе. Этот сигнал логической единицы, поступая на управляющий вход мультиплексора 55, переключает последний на прохождение информации с его второго входа, который подключен к выходу программатора 54 фазы возмущающего воздействия, на его выход. Этот цифровой код, определяющий величину скачка задания положения относительно текущего положения индуктора шагового двигателя в шагах, будет иметь место на время формирования импульса на выходе программируемого одновибратора 52. длительность которого (фиг. 11, момент времени tit ) определяется состоянием программатора 51 длительности возмущающего воздействия. Затем по окончании действия сигнала логической единицы на выходе программируемого одновибратора 52, выход мультиплексора 55 переключится в исходное состояние нулевого кода (фиг, 11, момент времени ti ). Таким образом, формирователь 31 возмущающего воздействия по сигналу, поступающему на его пусковой вход, формирует на выходе сигнал величиной, определяемой состоянием программатора 54 фазы возмущающего воздействия, и длительностью, определяемой состоянием программатора 51 длительности возмущающего воздействия за вычетом цифрового кода, поступающего на его вход коррекции возмущающего воздействия.

В качестве программируемого одновиб- ратора может быть выбран, например, программируемый интегральный таймер типа КР580ВИ53.

Коэффициенты при пропорциональном, интегральном и дифференциальном звеньях ПИД-регулятора подбираются на этапе наладки установки и зависят от конкретной конструкции позиционера.

Блок контроля сварочной нагрузки 16 (фиг. 10) предназначен для усилителя и преобразователя в цифровой вид сигнала от датчика 3 сварочной нагрузки. Блок контроля сварочной нагрузки работает следующим образом. Сигнал с датчика 3 сварочной нагрузки усиливается усилителем 56 и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 57. Аналого-цифровой преобразователь 57 преобразует аналоговый сигнал в последовательность двоичных кодов, появляющихся на его выходе через каждый тактовый импульс At, появляющийся на его входе со второго выхода блока 25 управления установкой.

Блок 25 управления установкой представляет собой микропроцессорную систему с трехшинной архитектурой. Блок управления установкой работает по.алгоритму, представленному на фиг. 12, следующим образом.

В исходном состоянии шаговые приводы 13 и 14 (фиг. 1) находятся в состоянии, определяющим положение сварочного инструмента 2 на первой контактной площадкой интегральной схемы, а состояние привода 15 определяет положение сварочного инструмента 2 в позиции НИсх (фиг. 4), а блок 25 управления установкой находится в состоянии {поз. 58, фиг. 12), в котором последний ожидает появление пускового сигнала на его первом входе. При появлении этого сигнала блок 25 управления установкой переходит в состояние (поз. 59, фиг. 12), в котором последний формирует на своем пятом выходе импульс длительностью t2 - ti (фиг, 4) для запуска блока 17 формирования шарика на оплавление хвостовика золотой проволоки, вытянутого из сварочного инструмента 2. Затем блок 25 управления установкой переходит в состояние {поз. 60, фиг. 12), при котором последний на своем четвертом информационном выходе устанавливает цифровой код, записанный в памяти блока, определяющий скорость перемещения позиционера 12 по оси Z, и задает на- 5 правление движения вниз. Одновременно блок 25 управления установкой считывает информацию на своем втором информационном входе, на который поступает информация с выхода блока контроля сварочной 10 нагрузки 16, определяющая текущее значение усилия нагружения привариваемой золотой проволоки к контактной площадке интегральной схемы. Таким образом, сварочный инструмент 2 буре г перемещаться 15 вниз по оси 2. до тех пор, пока упругая балка 6, на одном конце которой закреплен сварочный инструмент 2, а другой конец которой закреплен на корпусе сварочной головки 5, не создаст требуемого усилия на- 0 гружения свариваемых элементов. Код этого усилия PI (фиг. 4) записан в памяти блока 25 управления установкой. При поступлении на второй вход блока 25 управления установкой цифрового кода, равного или 5 превышающего код PI, последний устанавливает на своем четвертом выходе цифровой код, останавливающий работу формирователя фазных токов 20 и, следовательно, перемещение сварочной головки по 0 оси Z. Затем блок 25 управления установкой переходит в состояние {поз. 61, фиг. 12), в котором последний устанавливает сигнал логической единицы на своем седьмом выходе, по которому запускается формирова- 5 тель31 возмущающего воздействия, а также активизируются вычислитель 27 колебательной энергии и преобразователь 24 и далее переходит в состояние (поз. 62, фиг. 12), в котором состояние блок 25 управления 0 установкой анализирует информацию об элементарных приращениях A Si сварочного инструмента 2 в результате приложения на шаговый привод 14 дозированного возмущающего воздействия на каждом перио- 5 де синхронизации At (фиг. 11). Этот анализ производится с целью определения окончания действия возмущающего воздействия на шаговый привод 14, а именно определения попадания амплитуды затухающих ко- 0 лебаний шагового привода 14 в заранее заданный в памяти блока 25 управления установкой предел Аусп (фиг. 11). При этом блок управления производит суммирование всех текущих приращений восходящей или 5 нисходящей полуволны затухающего колебательного движения шагового привода 14. Если после изменения знака A Si полученная сумма превышает значение Аусп, то вычисление суммы начинается сначала для следующей полуволны. В примере (фиг. 11)

восходящая полуволна, имеющая место за интервал, обозначенный т,(фиг. 11), не превышает значения Л yen, поэтому в данном случае блок 25 управления установкой по концу этой полуволны определит окончание влияния возмущающего воздействия на шаговый привод 14, в результате чего последний передает в состояние (поз. 63, фиг. 12), в котором на его седьмом выходе установится уровень логического нуля. По этому сиг- налу преобразователь 24 и вычислитель 27 устанавливаются в исходное состояние, а регулятор 30, тактируясь по своему второму (тактовому) входу, произведет очередную итерацию с вновь полученной ошибкой энергии колебательного движения сварочного инструмента 2 в только что произведенном цикле сварки относительно эталонной, записанной в регистре эталонной энергии 28. Затем блок 25 управления установкой переходит в состояние (поз. 64, фиг. 12), при котором последний устанавливает на своем четвертом выходе цифровой код, определяющий движение шагового привода 15 со скоростью, записанной в па- мяти блока и с заданием направления движения вверх. При этом блок 25 управления установкой анализирует информацию, по- ступающую на его шестой вход, о текущем положении сварочного инструмента 2 по оси Z. При достижении им уровня Нп (фиг. 4} блок 25 управления установкой установит на своем четвертом выходе цифровой код, при котором формирователь текущей-координаты 20 прекратит формирование на сво- ем счетчике задания текущего положения последовательно изменяющегося кода, при этом шаговый привод 15 остановится в текущем положения Нц. Затем блок 25 управления переходит в состояние (поз. 65, фиг. 12), при котором последний формирует задания перемещения сварочного инструмента 2 посредством шаговых приводов 13 и 14 в заранее записанную в памяти позицию над траверсой выводной рамки интегральной схемы. Процесс управления шаговыми приводами по каждой из координат X, Y аналогичен описанному выше для управления шаговым приводом по координате 2.

Далее блок управления установкой пе- реходит в состояние (поз. 66, фиг. 12), при котором последний перемещает сварочный инструмент 2 на формирование сварного соединения на траверсе выводной рамки по процедуре, изложенной выше. Затем блок 25 управления установкой переходит в состояние (поз. 67, фиг. 12), при котором производится задержка на время образования сварного соединения, в котором блок управления установкой не выдает никаких сигналов. Далее блок управления сварочной установкой переходит в состояние (поз. 68, фиг. 12), при котором запускается шаговый привод 15 вверх в исходное положение Нисх (фиг, 4) по вышеописанной процедуре. При этом на высоте Но блок 25 управления установкой на своем шестом выходе формирует сигнал на привод 10 зажимных губок, в результате чего золотая проволока обрывается и на кончике сварочного инструмента 2 остается хвостик длиной, определяемой значением Но, предназначенный для после дующего формирования из него шарика. Да лее блок 25 улравления установкой (поз. 69, фиг. 12) управляет перемещением шаговых приводов 13 и 14 по осям X и Y в позицию следующей контактной площадки, после че го блок 25 управления установкой перехо дит в состояние (поз. 58, фиг. 12), при котором он готов к формированию следую щей перемычки.

Таким образом, установка позволяет повысить качество сварных соединений пу тем введения в процессе сварки дозирован ной колебательной энергии сварочного инструмента с автоматической стабилиза цмей ее в течение времени.

Формула изобретения i Установка для присоединения проволочных выводов, содержащая сварочную головку, выполненную из корпуса, на котором одним концом закреплена упругая балка, на свободном конце которой установлен сварочный инструмент, датчик сварочной нагрузки установлен на закрепленном конце упругой балки, разрядник, зажимные губки с приводом, катушка с проволокой, установленные на корпусе сварочной головки, жестко закрепленного с позиционером, соединенным с тремя шаговыми приводами по X, Y и Z, расположенными ка станине установки, а также измеритель перемещения no Y, блок контроля сварочной нагрузки, первым входом подключенный к датчику сварочной нагрузки, блок формирования шарика, выход которого подключен к разряднику, три формирователя текущей координаты, три формирователя фазных токов, преобразователь, первым входом подключенный к измерителю-преобразователю перемещения по Y, и блок управления установкой с пусковым сигналом ка первом входе, второй вход которого соединен с выходом блока контроля сварочной нагрузки, третий - с выходом преобразователя, четвертый - с выходом первого формирователя текущей координаты и входом первого формирователя фазных токов, выходом подключенного к первому шаговому приводу по X позиционера, пятый - с выходом второго

формирователя текущей координаты, шестой - с выходом третьего формирователя текущей координаты и входом третьего формирователя фазных токов, подключенного к шаговому приводу по Z позиционера, пер- вый выход блока управления установкой подключен к второму входу блока контроля сварочной нагрузки и второму входу преобразователя, второй - к входу первого формирователя текущей координаты, третий - к входу второго формирователя текущей координаты, четвертый - к входу третьего формирователя текущей координаты, пятый - к входу блока формирования шарика, а шестой - к приводу зажимных губок, причем выход второго формирователя фазных токов подключен к шаговому приводу по Y позиционера, отличающаяся тем, что, с целью введения в процессе сварки дозированной колебательной энергии сварочного инструмента с автоматической стабилизацией ее в течение времени, в него введены переключатель и последовательно соединенные вычислитель колебательной энергии, регистр эталонной энергии, вычитатель, регулятор, формирователь возмущающего воздействия и сумматор, причем первый вход вычислителя колебательной энергии подключен к выходу преобразователя и третьему входу блока управления установкой, второй - к 3 выходу блока контроля сварочной нагрузки

и второму входу блока управления установкой, третий - к первому выходу блока управления установкой, второму входу блока контроля сварочной нагрузки и второму входу преобразователя, а четвертый - к седьмому выходу блока управления установкой, второму входу формирователя возмущающего воздействия, второму входу регулятора и третьему входу преобразователя, при этом выход вычислителя колебательной энергии и первый вход регистра эталонной энергии соединены с вторым входом вычи- тателя, второй вход сумматора соединен с выходом второго формирователя текущей координаты и пятым входом блока управления установкой, выход сумматора - с входом второго формирователя фазных токов, а переключатель соединен с вторым входом регистра эталонной энергии.

2. Установка по п. 1,отличающая- с я тем, что формирователь возмущающего воздействия содержит последовательно соединенные программатор длительности, вычитатель, программируемый одновибра- тор и мультиплексор, а также программатор фазы, подключенный к управляющему входу мультиплексора, k второму входу которого подключена шина логического нуля, выход которого является выходом формирователя, а входами - вторые входы вычитателя и программируемого одновибратора.

Использование: для микросварки печатных схем. Сущность изобретения: установка содержит сварочную головку с упругой балкой, на которой размещены датчик сварочной нагрузки и сварочный инструмент, позиционер с возможностью перемещения по трем координатам, вычислитель колебательной энергии, формирователь возмущающего Bospefici емя и блок улоавления установкой. 1 п. cb-пы, 12 ил

/3

1 , г с -: ъ cfs. т Ј л i-f

Otff) Qnnoaovinbtd&cb w)#0t/ti u/p

ewcui

. 5

.6

фиг.7

риг.З

pui.4Q

ШЖ1ЖИЛЛ1ШЛЛ1

.-t

tl

$

Г Начало J

0киЗание. ,K6&oro смг.нолй на/-ем8уоде

S9

Фор иРй&сгнц1 яо 5-он .

60

Цпро&лениь Ъ&ихениьн 2 ЛГ Ьниз до с&зЪонир с&Qровней нагрузки Pi

61

Устано&ко логмчтъи 1 на 7-он Bt/tete

QsdjboHue. успокоения гтри&оЪоУМ

Усгпано&м логического S HO 7-он&ыхо&е

64

Цг1рьЈле ие Ъ&ижённем hpugoSo Z Ј5&bepx на &ысогпу Нп

О

6f

ЦпраВляние. Ь&ик&ние.ц „РиЬоЪеВ Г/3 и УМ

ЬпОЪициНЭ C&QPK.UHQ

тРа&еРСУ

I

66

ЦцроВление .ением лррбаЬа 2tf &HU& до СоъЪанир сварочной ногрцзхи Р&

I

Задержка но &ремр с&арка

6&

Цп оЈление ЪЬижение пРиЪоЪо Ј S3

tисходное положение с &кАЮЧ ни&м при&оЬа Ъахима -zxfax Q оь/со/пе

69

Упра&ление д&икенм nPu&oto&XJS УМ с1 еч°ки но

UtfHsniftrnHbrO ЛЛОщоЈк# слей#юще.и пе.ремычки