Устройство контроля прочности перемычки Советский патент 1993 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оборудованию для контроля полупроводниковых приборов и интегральных схем. Целью изобретения является повышение точности контроля и производительности.

На фиг.1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема блока управления; на фиг.З - циклограмма работы устройства; на фиг.4 - циклограмма работы устройства при сбросе измерительной системы в ноль; на фиг.5 - алгоритм работы микроЭВМ блока управления.

Устройство контроля прочности перемычки (см. фиг.1) содержит крюк 1, шаговый привод 2, механизм 9 вертикальных перемещений крюка 1, взаимодействующий с шаговым приводом 2, измерительную систему 4, закрепленную на механизме 3 крюка 1, состоящую из измерительного преобразователя 5, в качестве которого служит тен- зодатчик либо индуктивный датчик, и упругой балки 6 с П-образным пазом, предварительный усилитель 7, входом подключенный к измерительному преобразователю 5, Первый аналого-цифровой преобразователь 8, блок управления 9 с пусковым сигна- лом на первом входе, первый выход которого подключен к шаговому приводу 2, а второй вход - к выходу первого аналого- цифрового преобразователя 8, первая линия задержки 10, выходом подключенная к третьему входу блока управления 9, последовательно соединенные второй аналого- цифровой преобразователь 11. первый параллельный регистр 12, второй вход которого соединен с вторым выходом второго цифроаналогового преобразователя 11, первый цифроаналоговый преобразователь 13, первый вычитатель 14, усилитель 15 с регулируемым коэффициентом усиления и второй вычитатель 16, а также последовательно соединенные вторая линия задержки 17, третий аналого-цифровой преобразователь 18, второй параллельный регистр 19, второй вход которого соединен с вторым выходом цифроаналогового преобразователя 19 и входом первой линии задержки 10, второй цифроаналоговый преобразователь 20, выход которого подключен к второму входу второго вычитателя 16, причем выход предварительного усилителя 7 подключен к первому входу второго аналого-цифрового преобразователя 11 и второму входу первого вычитателя 14, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 15 - к второму входу третьего аналого-цифрового преобразователя 18, выход второго вычитателя 16 - к входу первого аналого-цифрового преобразователя 8, а второй вход второго аналого-цифрового преобразователя 11 - к входу второй линии задержки 17 и второму

выходу блока управления 9.

Блок управления 9 (фиг.2) состоит из микроЭВ М 21 и коммутатора фаз 22, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами микроЭВМ 20, причем первым входом блока управления 9 является первый вход микроЭВМ 20, вторым входом - второй вход микроЭВМ 21, третьим входом - третий вход микроЭВМ 21, первым выходом - выход коммутатора

фаз 22, а вторым выходом - второй выход микроЭВМ 21.

Работа устройства происходит следующим образом (фиг.1).

Перед началом процесса контроля оператор размещает контролируемый прибор с перемычками, который закреплен на предметном столике, над крюком 1 так, чтобы ось крюка 1 находилась между двумя контролируемыми перемычками, а крюк 1 располагался параллельно контролируемой

перемычке, и подает пусковой сигнал на

первый вход блока управления 9 (момент

времени tn (фиг.З). Блок управления 9 (фиг.1)

запускает шаговый привод 2, который, взаимодействуя с механизмом 3 вертикальных перемещений крюка 1, перемещает измерительную систему 4 вниз на величину h (фиг.З). которая заранее запрограммирована в памяти микроЭВМ 21 (фиг.2) блока управления 9, после чего шаговый привод 2 останавливается (момент вращения tc). Перемещение измерительной системы на ве- личину h определяет положение, когда крюк 1 находится ниже перемычки, но выше подложки контролируемого прибора. В дальнейшем оператор поворачивает предметный столик с контролируемыми прибором на 90°, заводит крюк 1 под перемычку и повторно подает пусковой сигнал

на первый вход блока управления 9 (момент времени tn2). Блок управления 9 формирует на втором выходе прямоугольный импульс Убу (фиг.4), который по своему заднему фронту запускает второй аналого-цифровой

преобразователь 11, преобразующий аналоговый сигнал с выхода предварительного усилителя 7 в цифровой двоичный код. В момент готовности преобразования второй аналого-цифровой преобразователь 11 формирует на своем втором выходе отрицательный перепад напряжения П21 (фиг.4), по которому данные на первом выходе второго аналого-цифрового преобразователя 11 переписываются в первый параллельный регистр 12 и хранятся там до конца контроля.

В дальнейшем выходной сигнал с выхода первого параллельного регистра 12 поступает на вход первого цифроаналогового преобразователя 13, где он преобразуется в аналоговый код, преобразованный таким образом сигнал подается на первый вход вычитателя 14, на второй вход которого приходит сигнал с выхода предварительного усилителя 7. Таким образом, на обоих входах вычитателя 14 присутствуют сигналы одинакового уровня, поэтому на выходе вычитателя присутствует напряжение, близкое к нулю, с точностью, определяемой половиной цены младшего значащего разряда второго аналого-цифрового преобра- зователя 11.

Следует отметить, что на данном этапе происходит автоматическая компенсация смещения нуля измерительного преобразователя 5 и предварительного усилителя 7.

Одновременно с запуском второго аналого-цифрового преобразователя 11 происходит запуск второй линии задержки 17, которая формирует прямоугольный импульс и3ад1 (фиг.4), по заднему фронту которого происходит запуск третьего аналого-цифрового преобразователя 18. Промежуток времени, на который задерживается запуск третьего аналого-цифрового преобразователя 18, зависит от скорости выполнения преобразования вторым аналого-цифровым преобразователем 11 и быстродействием элементов, входящих в устройство, и составляет величину порядка 40-200 мкс. После запуска третьего аналого-цифрового преобразователя 18 на втором входе кото- рого присутствует сигнал по уровню, не превышающий половину цены младшего значащего разряда второго аналого-цифрового преобразователя 11, умноженную на коэффициент усиления усилителя 15срегу- лируемым коэффициентом усиления, третий аналого-цифровой преобразователь 18 преобразует его в цифровой двоичный код и по сигналу готовности преобразователя U22 (фиг.4), который сформирован на втором вы- ходе третьего аналого-цифрового преобразователя 18, переписывает этот код во второй параллельный регистр 19, где он хранится до конца измерения. В дальнейшем цифровой сигнал с выхода второго па- раллельного регистра 19 преобразуется вторым цифрраналоговым преобразователем 20 в аналоговый сигнал и поступает на первый вход второго вычитателя 16, на второй вход которого проходит сигнал с выхода усилителя 15. В итоге на выходе вычитателя 16 будет сформирован нулевой уровень напряжения с погрешностью не более половины цены младшего значащего разряда

третьего аналого-цифрового преобразователя 18, т.е. в дальнейшем измерение прочности перемычки будет происходить относительно нулевого уровня.

На данном этапе происходит автоматическая компенсация смещения нуля усилителя с регулируемыми коэффициентом усиления 15.

Коэффициент усиления усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 15 подбирается в процессе наладки устройства исходя из условия, что предельное значение измеряемой прочности перемычки должно соответствовать единичному коду на выходе первого аналого-цифрового преобразователя 8.

Измерение прочности перемычки происходит следующим образом.

Сигналом готовности преобразования с второго выхода третьего аналого-цифрового преобразователя 18 запускается первая линия задержки 10, которая формирует прямоугольный импульс напряжения 11зад2 (фиг.2) на время, определяемое быстродействием элементов, входящих в устройство, длительностью 40-200 мкс, который поступает на третий вход блока управления 9.- Блок управления 9 по отрицательному перепаду этого импульса (момент времени tn3 фиг.З) со своего первого выхода начинает коммутировать шаговый привод 2 на перемещение механизма 3 вертикальных перемещений крюка 1 вверх.

В момент касания крюком 1 контролируемой перемычки последняя начинает воздействовать на упругую балку 6 с П-образным пазом измерительной системы 4, а упругая балка 6 прогибается по мере перемещения измерительной системы 4. В случае использования в качестве измерительного преобразователя 5 индуктивного датчика для определения прочности перемычки служит изменяющийся зазор между индуктивным датчиком и упругой балкой 6. Если же в качестве измерительного преобразователя 5 служит тензодатчик, закрепленный на упругой балке 6, то о прочности перемычки судят по сигналу от тензодатчи- ка при его деформации от изгиба упругой балки 6.

В дальнейшем сигнал, усиленный усилителями 7 и 15 с выхода второго вычитателя 16, который несет информацию о прочности перемычки, преобразуется первым аналого-цифровым преобразователем 8, в качестве которого служит быстродействующий аналого-цифровой преобразователь параллельного типа (см. В.Л.Шило. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь, 1982, с.3132vc.), в цифровой двоичный код, поступающий на второй вход блока управления 9. Блок управления 9 сравнивает текущее значение сигнала от измерительного преобразователя 5 при натяжении перемычки со значением Р, соответствующим технологическим допустимой прочности перемычки, заранее программируемой в блоке управления 9. В момент tK (фиг.З) достижения прочности перемычки заданного значения блок управления 9 начинает коммутировать шаговый привод 2 в режиме, при котором измерительная система 4 с крюком 1 перемещается вниз на величину 1/2d, где d - высота перемычки. Крюк 1 выход из зацепления с перемычкой и шаговый привод 2 останавливается (момент времени tB фиг.З). Оператор поворачивает предметный столик на 90°, выводя крюк 1 из-под перемычки, и вновь подает сигнал Пуск (момент времени т.исх фиг.З) на первый вход блока управления 9, который начинает коммутировать шаговый привод 2 на перемещение измерительной системы 4 с крюком 1 в исходное состояние.

Если необходимо измерить прочность перемычки с ее разрушением, в блок управления 9 заносится заведомо большее значение прочности перемычки при ее обрыве, при этом после обрыве перемычки измерительная система 4 перемещается в исходное состояние без остановки для вывода крюка 1 из-под перемычки.

Блок управления 9 (фиг.2) выполнен на базе микроЭВМ 21 с трехшинной архитектурой (см. Каган Б.М., Стешин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоиздат, 1987, с.11-14). Внешними устройствам для микро- ЭВМ 21 является первым аналого-цифровой преобразователь 8, второй аналого-цифровой преобразователь 11, первая линия задержки 10, вторая линия задержки 17 и коммутатор фаз 22. Первый вход микроЭВМ 21 является пусковым, на второй вход микроЭВМ 21 приходит преобразованный в двоичный цифровой вход сигнал от измерительного преобразователя 5, который служит для анализа прочностных характеристик контролируемой перемычки, по третьему входу микроЭВМ 21 получает сигнал готовности устройства контроля к работе, которая определяется моментом времени, при котором на выходе первого аналого-цифрового преобразователя 8 появляется нулевой двоичный код, т.е. готовность устройства к работе. Первый и второй выходы микроЭВМ21 подключены к коммутатору фаз 22, который управляет работой шагоеого привода 2 (фиг.1). По первому выходу микроЭВМ 21 на первый вход коммутатора фаз 22 поступает нарастающий во времени цифровой двоичный код, который, преобразованный коммутатором фаз 22 в

последовательность импульсов, попеременно поступает на обмотки шагового привода 2 и вращает последний. По второму выходу микроЭВМ 21 на второй вход коммутатора фаз 22 поступает сигнал, определяющий порядок коммутации обмоток шагового привода 2, т.е. направление вращения последнего, а следовательно, и направление перемещения измерительной системы 4 с крюком 1 вверх или вниз. Третий выход микроЭВМ 2.1 служит для формирования сигнала сброса устройства в ноль перед началом измерения.

Алгоритм работы микроЭВМ 21 происходит согласно циклограмме работы устройства (фиг.З) по алгоритму, представленному на фиг.5.

При включении питания первый и второй выходы микроЭВМ 21 устанавливаются в нулевые значения, а третий - в состояние

логической 1, после его на первый вход микроЭВМ 21 приходит сигнал логической Г, а на первом выходе микроЭВМ 21 появляется возрастающий во времени на единицу цифровой двоичный код (фиг.5) (шаговый

привод 2 опускает измерительную систему 4 вниз), при этом микроЭВМ 21 при поступлении на коммутатор фаз 22 n/Д двоичных кодов, где А - перемещение механизма 3 вертикальных перемещений при поступлении на шаговый привод одного импульса, шаговый привод останавливается. Оператор заводит крюк под перемычку, а микро- ЭВМ 21 формирует на своем третьем выходе прямоугольный импульс с напряжением, который служит для запуска элементов, входящих в устройство, для получения на втором входе блока управления нулевого кода перед началом измерения. После сброса в ноль на третьем входе микроЭВМ появляется сигнал логического О, при этом на втором выходе микроЭВМ 21 устанавливается сигнал логической Г, а на втором входе возрастающий во времени двоичный код (измерительное устройство 4 движется

вверх). В момент, когда на первом входе микроЭВМ 21 появится двоичный код. совпадающий с кодом, занесенным в память микроЭВМ 21 (прочность перемычки достигла заданного значения Р), на втором

выходе микроЭВМ 21 появляется сигнал логического О, а на второй выход микро- ЭВМ подается 1/2 двоичных кодов (шаговый привод 2 перемещает измерительную систему 4 на расстояние 1 /26 вниз), после

чего шаговый двигатель останавливается, а на втором выходе микроЭВМ 21 появляется сигнал логической 1. Оператор выводит крюк 1 из-под перемычки и вновь подает сигнал логической 1 на первый вход мик- роЭВМ 21. МикроЭВМ 21 подает на коммутатор фаз 22 возрастающий во времени цифровой двоичный код. который коммутирует шаговый привод 2, последний перемещает измерительную систему 4 вверх в исходное состояние.

Процесс контроля прочности следующих перемычек аналогичен описанному.

Таким образом, использование изобретения позволило повысить точность изме- рения прочности перемычки и производительность контроля путем автоматического учета дрейфа параметров измерительной системы в процессе работы и исключения операций, производимых вручную.

Формула изобретения

Устройство контроля прочности перемычки, содержащее основание для испытуемого объекта, крюк, привод, взаимодействующий с приводом механизм вертикальных перемещений крюка,и измерительную систему нагрузки на крюк в процессе контроля, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля и производительности, измерительная система выполнена в виде измерительного преобразователя, упругой балки, предварительного усилителя, вход которого подключен к измерительному преобразователю, аналого-цифрового преобразователя, блока управления с пусковым сигналом на первом

входе,первый выход которого подключен к приводу, а второй вход - к выходу аналого- цифрового преобразователя, первой линии задержки, последовательно соединенных 5 второго аналого-цифрового преобразователя и первого параллельного регистра, двух цифроаналоговых преобразователей, двух вычитателей, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и последовательно

0 соединенных второй линии задержки, третьего аналого-цифрового преобразователя, второго параллельного регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего аналого-цифрового пре5 образователя и входом первой линии задержки, выход которой подключен к третьему входу блока управления, второй выход которого соединен с входами второй линии задержки и второго аналого-цифрового

0 преобразователя, второй выход которого соединен с вторым входом первого параллельного регистра, выход которого связан с входом первого цифроаналогового преобразователя, выходом соединенного с вто5 рым входом первого вычитателя, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к первому входу второго вычитателя, выходом соединенного с входом первого аналого-цифрового преобразовате0 ля, выход предварительного усилителя под- ключен к первому входу второго аналого-цифрового преобразователя и первому входу первого вычитателя, а выход усилителя с регулируемым коэффициентом

5 усиления - к второму входу третьего аналого-цифрового преобразователя и второму входу второго вычитателя.

риг. 2

Изобретение относится к микроэлектронике. Цель изобретения - повышение точности контроля и производительности. После подачи пускового сигнала на первый вход БУ 9 последний начинает коммутировать обмотки шагового привода (ШП) 2, который, взаимодействуя с механизмом 3 вертикальных перемещений крюка 1, опускает измерительную систему (ИС) 4 в позицию контроля. Когда крюк 1 находится ниже контролируемой перемычки, оператор поворачивает ИС 4 на 90°С, заводя крюк 1 под перемычки, и одновременно БУ 9 формирует на втором выходе прямоугольный импульс, запускающий АЦП 11. Последний преобразует сигнал с выхода предварительного усилителя (ПУ) 7, несущий информацию о смещении нуля ИС 5 и ПУ 7, в цифровой двоичный код, который переписывается в параллельный регистр (ПР) 12 и преобразуется в аналоговый сигнал ЦАП 13. Преобразованный таким образом сигнал подается на один из входов вычитателя (В) 14, на второй вход которого приходит сигнал с ПУ 7. Так как на обоих входах В 14 сигналы равны, на выходе вычитателя будет сформировано нулевое напряжение с точностью, определяемой, половиной цены младшего значащего разряда АЦП 11. В то же время происходит запуск линии задержки (ЛЗ) 17, на выходе которой формируется прямоугольный импульс напряжения, запускающий АЦП 1.8, который преобразует сигнал с выхода усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ) 15 в цифровой двоичный код, пропорциональный половине цены младшего значащего разряда АЦП 18, умноженный на коэффициент усиления УРКУ 15, который записывается в ПР 19 и преобразуется в аналоговый сигнал ЦАП 20. Преобразованный таким образом сигнал приходит на один из входов В 16, на второй вход которого приходит сигнал с УРКУ 15, поэтому на выходе В 16 будет сформировано нулевое напряжение с точностью, опре- деляемой половиной цены младшего значащего разряда АЦП 18 В дальнейшем на БУ 9 приходит сигнал с выходов ЛЗ 10, который запускает ШП 2 на перемещение ИС 4 вверх. В момент касания крюком 1 контролируемой перемычки последняя начинает воздействовать на ИС 4 по мере натяжения перемычки. Сигнал от ИС 4 усиливается, преобразуется в цифровой код АЦП 8 и сравнивается со значением, заранее занесенным в память БУ 9, которое соответствует необходимой технологической прочности перемычки. В момент равенства этих сигналов БУ 9 начинает коммутировать ШП 2 на перемещение ИС 4 вниз. После того как крюк 1 выйдет из зацепления с перемычкой, оператор поворачивает ИС 4 на 90°С, выводя крюк из-под перемычки, и подает пусковой сигнал на БУ 9, по которому ИС 4 возвращается в исходное положение. В случае контроля прочности перемычки при ее разрушении в память БУ 9 заносится значение, заведомо большее прочности перемычки. 5 ил. (Л С 00 ю о ю VI ю

СЈрос Поворот на30й

LW

i i

Ч I I

ъ

flePtMeiHtHut

no оси 2

ixi

kre

tut

t

Фиг.З

i

г/7

6120281

(Начало )

Установить Вых. Вых. 3s О

.Ла

ВЫХ. 1

ГШЈ.тУ I i

вьие.2fff

3t7Jr.

x .

j

ВЫХ.2:0 I

A27Ag J #Ј««$