Устройство для сварки давлением

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

PECIlYB JlHH (19) (11) 2 А1 (sg 4 В 23 К 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3840270/25-27 (22) 10.01.85 .(46) 07.07.86. Бюл. М> 25 (72) В.А. Иванов (53) 621. 791. 16 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(624742, кл. В 23 К f 1/04, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 889335, кл. В 23 К 11/04, 1.980.

Авторское, свидетельство СССР

ll 965667, кл. В 23 К 11/04, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ, содержащее ультразвуковой генератор, соединенный с ультразвуковым преобразователем, последовательно соединенные индуктивный датчик, выполненный в виде дополнительной обмотки, намотанной поверх обмотки возбуждения ультразвукового преобразователя, механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом и блок управления шаговым приводом, соединенный с выходом ультразвукового генератора и элемен- тами пуска и управления, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности сварки за счет повышения точности и скорости определения момента касания свариваемых материалов, в него введены компаратор, схема ЗИ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, задающий генератор, два инвертора, три дифференциальных цепочки, ждущий мультивибратор, два триггера, схема 2И, две схемы 2ИЛИ, управляемый мультивибратор, причем компаратор первым входом подключен к индуктивному датчику, вторым входом соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выходом связан с первым входом схемы ЗИ и первым входом первого триггера, второй вход которого подключен к выходу первой дифференциальной цепочки, а его выход соединен с первым входом схемы 2И, второй вход последней подключен к выходу второй дифференциальной цепочки, а выход схемы 2И подключен к первому входу первой схемы 2ИЛИ и входу ультразвукового генератора, выход которого соединен с первым входом второй схемы 2ИЛИ, ко- торая вторым входом связана с вторым входом первой схемы 2ИЛИ, а выходом соединена с входом ждущего мультивибратора и входом сброса реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, а вход "Прямой счет" подсоединен к выходу схемы ЗИ, второй вход последней связан с выходом задающего генератора, а третий ее вход соединен с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора и входом третьей дифференциальной цепочки, выход последней подключен к входу

"Обратный счет" реверсивного счетчика и первому входу второго триггера, второй вход последнего соединен с выходом первой схемы 2ИЛИ, aего выход соединен с входом управляемого мульФивибратора, выход которого связан с входом первой дифференциальной цепочки и входом второго инвертора, причем выход последнего подключен к входу второй дифферен циальнойй цепочки.

1 12423

Устройство для сварки давлением относится к микроэлектронике, а именно к области сборки полупроводнико вых приборов и интегральных микросхем. 5

Целью изобретения является повышение производительности сварки за счет повышения точности и скорости определения-.момента касания сваривае- мых материалов. 10

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — осциллограммы напряжений отдельных элементов устройства.

15.Устройство для сварки давлением состоит из ультразвукового генератора 1, соединенного с ультразвуковым преобразователем 2,, индуктивного датчика 3, выполненного 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 "Конец сварки" ультразвукового генератора 1, второй вход — с выходом "Время сварки" ультразвукового генератОра

ЗО третий вход — с сигналом "Пуск 1", а четвертый вход — с сигналом "Установка 0", цифроаналогового преобразователя 8, схемы ЗИ 9, первого триггера 10, компаратора 11, который первым входом подключен к индуктивному датчику 3, вторым входом — к выходу цифроаналогового преобразователя 8, а выходом — к первому входу схемы ЗИ

9 и первому входу первого триггера 10, О первой дифференциальной цепочки 12, выход которой; подключен ко второму входу первого триггера 10, второй дифференциальной цепочки 13, первой схемы 2ИЛИ 14, схемы 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 2ИЛИ

20, первый вход которой подключен к H выходу "Конец сварки" ультразвуковогд генератора 1, второй вход — к второму входу первой схемы 2ИЛИ 14 а вы20 3 ход — ко входу ждущего мультивибратора 19 и входу "Установка 0" 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 !7, а третий входс выходом первого инвертора 16, второго триггера 21, управляемого мультивибратора 22, второго инвертора 23, третьей,цифференциальной цепочки 24, входом соединенной со входом первого инвертора 16 и выходом ждущего 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, 1

Блок 7 управления шаговым приводом состоит иэ генератора 25 импульсов, первого триггера 26, первой и второй схем 2И 27 и 28, схемы ЗИ

29, первым входом подключенной к выходу первого триггера 26, вторым входом — к выходу генератора 25 им-. пульсов„ третьим входом, являющимся вторым входом блока 7 управления шаговым приводом — к выходу "Время сварки ультразвукового генератора 1, а выходом — 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 "Обратный счет" — с выходом второй схемы 2И 28, входом "Установка 0" - с четвертым входом блока 7 управления

maroâûè приводом, выходом — с входом компаратора 31 фаз, у которого выхоц является выходом блока 7 управления шаговым приводом, а выходом

" Обратный перенос" реверсивный счетчик 32 связан с вторым входом первого триггера 26, первым входом соединенного с третьим входом блока 7 управления шаговым приводом и с первым входом второго триггера 30, втоt рой вход которого подключен к выходу

"Конец сварки" ультразвукового гене1242320 ратора 1, первый вход — к второму входу первой схемы 2И 27, а второй выход — к второму входу второй схемы

2И 28.

Устройство работает следующим 5 образом;

До подачи сигналов "Пуск 1" и

"Установка 0" оператор после включения устройства в сеть подает импульс

"Пуск 2", после которого производит- 10 ся запоминание максимума амплитуды холостого хода, т.е. максимума амплитуды сигнала, поступающего с индуктивного датчика 3 на первый вход компаратора 11.до момента касания сва- 5 риваемых материалов. Сигнал "Пуск 2", ° который подается на второй вход второй и йервой схем ИЛИ 20 и !4, появляется на их выходе и поступает на вход "Установка 0" реверсивного счет- 20 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- 25 . да, поступающий на вход управляемого мультивибратора 22, блокирует выход последнего таким образОм, что на нем постоянно присутствует сигнал логического "0", который подается на вход второго инвертора 23. На выходе последнего присутствует сигнал логической "1", который поступает на вход- второй дифференциальной цепочки 13. Так как иа входе второй дифференциальной цепочки !3 присутствует постоянный сигнал, то на ее выходе присутствует сигнал логического

"0" (фиг. 2 ), который подается на второй вход схемы 2И 15 (фиг. 1) и 4р обеспечивает присутствие на ее выходе сигнала логического "0" на все время запоминания максимума амплитуды сигнала холостого хода (фиг, 2ж)е Это приводит к тому что 45 иа входе ультразвукового генератора 1 (фиг. 1) во время й.„п не может появиться импульс на запуск ультразвукового генератора 1. Одновременно сигнал, приходящий на вход О

"Установка 0" реверсивного счетчика 18, устанавливает на выходе последнего нулевой код, который подается на вход цифроаналогового пре образователя 8 и иа выходе. последне- 5 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 вырабатывает сигнал (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 входе которой присутствуют импульсы, поступающие с выхода задающего генератора 17.

Прн превьппении сигналом, поступающим от инпуктивного датчика 3 на первый вход компаратора 11, нулевого напряжения (фиг. 2а) компаратор 11 вырабатывает сигнал логической "1" (фиг. 28), 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 выхода 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. 2а), 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 суммировать, и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 продолжает возрастать до тех пор, пока не достигнет максимума сигнала, пос" тупающего от индуктивного датчика 3 (фиг. 2a). По окончании сигнала з„п устройство переводится в режим ожидания момента касания свариваемых материалов, при этом на третьем входе схемы ЗИ 9 появляется сигнал логического "0", который запрещает т

1242320 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 t>>„ Hà выходе третьей дифференциальной цепочки 24 появляется короткий импульс, поступающий на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 18, который вы- 10 читает этот импульс из числа импульсов, поступивших с выхода схемы ЗИ 9 на вход |Прямой счет" реверсивного счетчика 18, выходной код на выходе последнего уменьшается на единицу 15 младшего -разряда, а величина напряжения. на выходе цифроаналогового преобразователя 8 уменьшается на величину напряжения, соответствующего дискретности цифроаналогового преобра- 2О зователя 8. Таким образом, величина напряжения на втором входе компаратора 11 оказывается меньше максимума сигнала с индуктивного датчика 3 на величину в пределах дискретности цифроаналогового преобразователя 8 (фиг. 2a). Последнее условие является необходимым для надежной работы устройства, так как вследствие дискретности цифроаналогового преобразо- Ç0 вателя 8 (фиг. 1) может создаться ситуация, когда до прохождения последнего импульса на вход "Прямой счет" 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 о расценена как ситуация, при которой произошлб касание.

Одновременно с подачей импульса с выхода третьей дифференциальной цепочки 24 (фиг. 1) на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 18 этот импульс поступает и на первый вход второго триггера 21, переводя последний в 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. 22). Данные требоваФ ния выбраны в связи с тем, что частота импульсов, поступающих с индуктивного датчика 3 (фиг. 1) обычно 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 исходит следующим образом.

Оператор подает сигнал "Установка 0" на четвертый вход блока 7 управления шаговым приводом, устанавливая последний в исходное состоя-. ние, Затем подает сигнал "Пуск !" на третий вход блока 7 управления шаговым приводом, сигнал с выхода последнего поступает 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 сигнал логической "1". Ь случае, если 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, причем импульс с его выхода поступает на первый вход первого триггера

10 и переводит его в состояние, противоположное исходному (фиг. 2e), при котором на выходе первого триггера 10 появится сигнал логического

"0", который, поступая на первый вход схемы 2И 15 (фиг. 1), запрещает появление на ее выходе импульса, поступающего 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. 2л) и компаратор 11 (фиг. 1) не переключается, первый триггер 10 остается в исходном состоянии (фиг. 2a), т.е, на его выходе будет присутствовать сигнал логической "1", который поступает на первый вход схемы 2И 15 (фиг. 1). Пе окончании импульса с выхода управляемоro мультивибратора

1242320

22, поступающего на вход инвертора 23, а с его выхода — на вход дифференциальной второй цепочки 13, на выходе последней формируется короткий им5 пульс (фиг, 2 ), 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 2ИЛИ

14, а с ее выхода — на второй, вход второго триггера 21 и переводит последний в исходное состояние. 15

На время процесса сварки на второй

1 вход блока 7 управления шаговым приводом с выхода "Время сварки" ультразвукового генератора 1 поступает сигнал, который препятствует появле- 20 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- 25 .ки на выходе нКонец сварки" ультра.звукового генератора 1 появляется сигнал, который поступает на первый вход блока 7 управления шаговым приводом, формируя на его выходе сигнал 30 на поднятие шаговым приводом 6 сварочной головки 5. Этот же сигнал поступает на второй вход второй схемы 2ИЛИ 20, с ее выхода — на вход

"Установка 0" реверсивного счетчика 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" 40 тановка 0" реверсивного счетчика 18 и на вход ждущего мультивибратора 19 соответствует ситуации, когда. производится запоминание максимума ампли-. туды холостого хода. 45

Таким образом, сигнал "Пуск 2" используется только перед самой первой .сваркой, а на последующих сварках его заменяет сигнал с выхода "Конец сварки" ультразвукового генератора 1,50 поэтому подавать для дальнейших сварок сигнал "Пуск 2" не требуется.

Блок 7 управления шаговым приводом работает следующим образом.

Генератор 25 импульсов постоянно вырабатывает импульсы, которые поступают на второй вход схемы ЗИ 29, на третьем ее входе присутствует сигнал логической "1", поступающий с выхода Время сварки" ультразвукового генератора 1. Первый триггер 26 находится в,исходном состоянии, при котором на его выходе присутствует сигнал логического "0 ., который присутствует и на первом входе схемы ЗИ

29 и запрещает появление на ее выходе 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 0" на четвертый вход .блока .7 управления шаговым приводом на выходе реверсивного счетчика 32 появляется нулевой код, соответствующий исходному положению сварочной головки 5. После

I 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 логической "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 выходе появляется сигнал логической "1", поступающий иа второй вход первой схемы 2И 27 и разрешающий появление на ее выходе импульсов, а на втором выходе второго триггера 30 появляется сигнал логического "0", 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, последний коммутирует фазы шагового привода 6, который опускает сварочную головку 5 до момента касания свариваемых материалов. После касания свариваемых материалов на выходе

124232О

"Время сварки" ультразвукового генератора 1 на время сварки появляется сигнал логического "0", который„ поступая на третий вход схемы ЗИ 29, запрещает появление на ее выходе импульсов, поступающих на ее вход с . выхода генератора 25 импульсов. Таким образом, и тульcbr не поступают ни на первый вход первой схемы 2И

27, ии на вход "Прямой счет" реверсивного счетчика 32. Выходной код на выходе реверсивного счеФчика 32 не изменяется, а поэтому шаговый привод 6 находится в покое, IIo окончании 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 нервом его выходе появляется сигнал логического

"О", поступающий на второй вход первой схемы 2И 27 и запрещающий появление.на ее выходе импульсов, а на 2» 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 З с окончанием времени сварки на выходе "Время сварки" ультразвукового генератора 1 появится сигнал логической "1", разрешающий прохоядение импульсов с выхода генератора импульсов 2"> на. выход схемы ЗИ 29, на первый вход второй схемы 2И 28, .на ее выход и на вход "Обратный счет" реверсивного счетчика 32, который вычитает их из числа импульсов, поступивших на его вход "Прямой счет". Выходной код на выходе реверсивного счетчика 32 изменяется и поступает на коммутатор 3 1 фаз, который коммутирует фазы таким образом, что шаговый привод 6 поднимает сварочную головку 5. При появлени на выходе реверсивного счетчика 32 нулевого кода на его выходе "Обратный счет" формируется импульс, который поступает на второй вход триггера 26, переводя его в исходное состояние. Ша-. говый привод 6 останавливается.и покоится до подачи следующего сигнала

"Пуск 1". Сигнал "Установка О" подавать больше не надо, так как на выходе реверсивного счетчика 32 присутствует нулевой код.

Предлагаемое устройство -ие требу-. ет наличия никаких подстроечных элементов, что приводит к автоматической настройке и, следовательно, к повышению производительности.

1242320

Составитель В. Катин

Техред H.Бонкало.

Корректор А. Зимокосов

Редактор П. Коссей

Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3650/16

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