Система автоматического управления процессом пайки

Система автоматического управления процессом пайки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО 5Т1РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПАЙКИ, содержащая оптический канал, приемник излучения ё. нерегулируемой диафрагмой и усилительпостоянного тока. ;образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство регулирования нагрева, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности управления процессом пайки, она снабжена программным устройством, линеариэуннцим устройством и дополнительным приемником излучения с регулируемой диафрагмой и усилителем с постоянным коэффициентом усиления, причем к последнему подключены встречно выходы от обоих приемников излучения , образуя канал измерения теплового контраста, в канал измерения теплового потока после усилителя введено линеаризующее устройство, а выходы обоих каналов подсоединены (Л С к исполнительному устройству через программное устройство.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) S > (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЬГГИЙ (21) 2976576/25-27 (22) 01,09, 80 (46-) 07 ° 09. 83. Бюл. 9 33 (72) Э.В.Осипов, В.Д.Борисенко, В.Л.Найдек и A.Â.ßöóíîâ (71) Институт проблем литья AH украинской ССР. (.53) 621.791.3(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство

СССР 9 561637, кл. В 23 К 3/00, 04.11.74.

2. Авторское свидетельство СССР

9. 393735, кл. G 05 D 23/27, 19.08.70 (прототип) . (54)(57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОцЕССОМ ПАВКИ, содержащая оптический канал, приемник излучения с нерегулируемой диафраг- мой и усилитель. постоянного тока, 3(5D 8 23 3 00 G 05 D 23/27.образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство регулирования нагрева, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности управления процессом пайки, она снабжена программным устройством, линеаризующим устройством и дополнительным приемником излучения с регулируемой диафрагмой и усилителем с постоянным коэффициентом усиления, причем к последнему подключены встречно выходы от обоих приемников излучения, образуя канал измерения теплового контраста, в канал измерения теплового потока после усилителя введено линеаризующее устройство, Е

Ф а выходы обоих каналов подсоединены .к исполнительному устройству через программное устройство.

1 03 9662

Изобретейие относится к пайке, в частности к устройствам для автоматического управления процессом нагрева по изменению интегрального коэффициента излучения материала деталей и припоя, и может быть использовано в машиностроении, электронной пРомышленности.

Одним из основных факторов, обеспечивающих качество паяных соединений, является соблюдение режима 10 пайки: определенная скорость нагрева на участке до момента расплавления припоя, точная фиксация момента достижения деталями температуры рас-. плавления припоя, определенная вы- 15 держка при температуре пайки, определенная скорость охлаждения. Существенно важным этапом управления процессом пайки является выработка сигнала об окончании нагрева припоя.

Известно устройство для получения сигнала о достижении температуРы плавления припоя, содержащее керамическую лодочку с токоподводами и ленту припоя, соединяющую токоподводы (1) .

Недостатками описанного устройства являются необходимость замены ленты припоя после каждой пайки и различие условий нагрева припоя в изделии и припоя в датчике.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система автоматического управления процессом пайки, содержащая оптический канал, приемник излучения с нерегулируемой диафрагмой и усилитель постоянного тока; образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство регулирования нагрева. 40

Согласно указанной системы сигнал об окончании нагрева припоя получают путем дифференцирования предварительно усиленного первичного электрического сигнала, получаемого пре- 45 образованием части потока энергии, излучаемой припоем в зоне пайки, при помощи оптического датчика $23 .

Указнное устройство основано на том, что при достижении припоем темпеРа- 50 туры плавления происходит изменение его интегральногокоэффициента излуче-. ния,которое приводит к изменению пер-, вичного сигнала.В результате этого изменения на дифференцирующей цепоч- 55 ке вырабатывается в виде единичного импульса сигнал об окончании нагрева припоя, используемой для управления исполнительным блоком,. Разрывающим цепь питания нагревателя.

Недостатком прототипа является его невысокая надежность вследствие того, что появление сигнала от момента расплавления припоя может явиться следствием причин случайного характера, не связанных с про- 65 цессом нагрева припоя. Такими причинами могут быть загрязнение окна колпака электропечи или защитного окна оптического канала в производственных условиях,не предусмотренные изменения в. режиме йагрева электропечи, колебания напряжения в цепи питания нагревателя, изменения в подаче защитной атмосферы и т.д.

Кроме того, невозможно осуществить автоматическое поддержание заданного температурного режима работы печи,- например определенной скорости нагрева и охлаждения деталей, выдержки при температуре расплавления припоя и т.д. При этом отсутствие . преобразовательного канала, дающего информацию о температуре детали, приводит к низкой надежности процесса .пайки деталей, к снижению качества паяных соединений из-за отклонений от температурного режима обработки деталей.

Цель. изобретения — повышение надежности управления процессом пайки.

Поставленная цель достигаетдя тем, что система автоматйческого управления процессом пайки, содержащая оптический канал, приемник излучения с нерегулируемой диафрагмой и усилиУель постоянного тока, образующие канал измерения теплового потока, и исполнительное устройство, регулирования нагрева, снабжена про-, граммным устройством, линеаризующим устройством и дополнительным приемни. ком излучения с регулйруемой диафрагмой и усилителем с постоянным коэффициентом усиления, причем к последнему подключены встречно выходы от обоих приемников излучения, образуя канал измерения теплового контраста, в канал измерения тепло-. вого потока после усилителя введено линеаризукщее устройство, а выходы обоих каналов подсоединены к исполнительному устройству через программное устройство.

На чертеже приведена функциональная схема системы автоматического управления процессом пайки.

Схема включает паяемую деталь 1, припой 2, нерегулируемую диафрагму

3, интегральный приемник 4 излучения детали, усилитель 5 постоянного тока (УПТ), линеаризующее устройство б, например логарифмический преобразователь, регулируемую диафрагму

7, интегральный приемник 8 излучения припоя, усилитель 9 с постоянным коэффициентом усиления, оптический канал 10, например линзовый, программное устройство 11, пропорционально-. интегральный дифференциальный (ПИД) регулятор 12, усилитель 13 мощности, нагреватель 14 паяемой детали, колпаковая водородная печь 15 для пайки деталей, входное окно 16 печи.

1039662

Система автоматического управления процессом пайки содержит один оптический, например линзовый, канал 10, каналы 3-6 измерения теплового потока от паяемой детали и каналы 7-9 теплового контраста между деталью и припоем.

Интегральными приемниками 4 и 8 излучения могут быть любые быстродействующие (постоянная времени их не может быть больше времени расплавления припоя, составляющего

0,1 с) тепловые преобразователи.

Усилитель 9 представляет собой, например, устройства, работающие на принципе модуляция вЂ, усиление -.. 35 демодуляция импульсной последовательности квазипостоянного напряжения, со строго постоянным коэффициентом усиления и гальванической разе вязкой между входом и выходом. 20

Линеаризирующее устройство 6 представляет собой, например, логарифмический преобразователь входной величины, пропорциональной Т

4 где Т вЂ” абсолютная температура детали, либо устройство, -позволяющее преобразовать (например, извлекать корень четвертой степени) Т в величину, пропорциональную температуре.

Программное устройство 11 термических процессов в водородной печи позволяет задать четыре участка:

1 - выполняется команда "Подъем температуры" (скорость нагрева 1050 град/мин ; Il — выполняется команда "Подъем температуры" (скорость нагрева 1-10 град/мин), 1II - выполняется команда ."Время выдержки" {от .

0-1000 мин); 1У вЂ” выполняется коман. да "Снижение температуры" (скорость охлаждения от 1-20 град/мин). пере- 40 ключение программного устройства с одного участка программы на дру-. гой происходит автоматически при достижении температуры объекта, рав-" ной пороговому значению температу- 45

Ры (между участками 1 -П, от появления сигнала иэ канала измерения теплового контраста, .соответствующего моменту расплавления припоя (между участками 11 — П1) и по истече нии времени выдержки (между участками Ц1-1У) .

Программное устройство может быть выполнено иэ блока режима обработки поступающих иэ каналов сигналов, блока управления шаговым двигателем, коммутатора фаз шагового двигателя, блока выдержки времени, декадного делителя и блока питания.

ПИД-регулятор 12 может состоять из усилителя: сигнала рассогласова- 60 ния, промежуточного усилителя, ПИД-звена. На усилитель сигнала рас- согласования подается два сигнала: один сигнал, соответствующий задан- . .ной программе от многооборотного 65 потенциометра, а другой — пропорциональный температуре детали, из канала измерения температуры. Эти два сигнала сравниваются, при их равенстве на выходе усилителя рассогласования выходное напряжение равно нулю. Промежуточный усилитель осуществляет усиление сигнала рассогласования. Чем больше его коэффициент усиления, тем больше точность работы системы слежения.

Усилитель 13 мощности нагрева представляет собой безынерционное устройство, например тиристорный или магнитный усилитель, который управляется аналоговым сигналом.

Система работает следующим образом.

После загрузки в водородную печь партии паяемых деталей герметично закрывают колпак этой печи, проду. вают ее азотом, водородом и поджигают факел в соответствии с технологической картой. Включают водяное охлаждение и производят настройку программы на требуемый технологический процесс. Например, на программном устройстве 11 набирают: скорость нагрева на I участке

30 град/мин; скорость нагрева наИ участке 10 град/мин; время выдержки . 2 мин; скорость охлаждения

10 град/мин до 400ОС, после чего выключают печь. Затеи с помощью оптического канала выбирают необходимый участок припоя на детали и наводят два канала таким образом, чтобы .излучение от припоя 2 попадало на приемник 8 с регулируемой диафрагмой

7, а приемник 4 излучения детали фиксировал излучение от детали 1 через нерегулируемую диафрагму 3.

С помощью регулируемой диафрагмы 7 добиваются полной компенсации сигналов от двух приемников 4 и 8, что означает равенство нулю напряжения на входе усилителя 9 с постоянным ,коэффициентом усиления. Наличие регу ируемой диафрагмы позволяет вырав-. нять тепловые потоки от детали и приоя при любой температуре, ниже темературы расплавления припоя, когда происходит резкое изменение значения интегрального коэффициента излучения припоя. Сигнал рассогласования, соответствующий разности тепловых потоков от детали 1 и припоя 2, которая возникает в момент фазового перехода припоя 2 из твердого состояния в жидкое, сл ppтельствует о моменте расплавления припоя и используется в программном устройстве 11 для автоматического переключения программы

c II участка на Щ, т.е. от нагрева к выдержке.

Канал измерения теплового потока обеспечивает переключение программного устройства 11 с f участка на

1039662

Составитель Ф.Конопелько

Техред A.À÷ Корректор. С. Иекмар

Редактор М. Келемеш

Заказ 6795/11

Тираж 1106 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4

П-й и выключение печи после IV участ ка. Кроме того, по этому каналу происходит слежение за заданнь>м темпом нагрева и охлаждения. Следящая система программного устройства 11 обеспечивает слежение температуры объекта за опорным напряжением на многооборотном потенциометре, который приводится в движение шаговым двигателем.

В зависимости от скорости вращения шагового двигателя изменяется скорость подъема или снижение температуры объекта. Скорость изменения температуры устанавливается отдельным потенциометром.

После усиления напряжения V с при- 15 емника 4 излучения детали в уПТ 5 оно с помощью преобразователя 6, например логарифмического, преобразуется к виду

Еч Е. e,à1«Е.т, где б — постоянная Стефана-Больцма- на;

Я - коэффициент излучения детали; 25

Т вЂ” абсолютная температура.

Это позволяет линейно по температуре проградуировать шкалу показы>Уающего температуру прибора и с помощью многооборотндго линейного 3Ц потенциометра очень просто следить .и задавать скорость ее изменения.

Однако канал измерения теплового потока нельзя считать каналом измерения абсолютной температуры детали, а тем более припоя, так как абсолютное значение коэффициента излучения детали из конкретного материала не известно и его трудно точно измерить. По этой же причине этот канал нельзя использовать для точного определения температуры расплавления припоя, так как отклонение температуры детали от ее истинного значения может составлять о

50 С. Однако наличие такого канала позволяет уверенно следить за скоростью изменения температуры объекта и управлять темпом нагрева и охлаждения детали с помощью программного устройства 11, ПИД-регулятора 12 и безынерционного усилителя

13 мощности нагрева. При любых отклонениях скорости изменения температуры детали от заданной мощность, подаваемая на нагреватель

14, изменяется, осуществляя тем самым обратную связь в системе управления процессом пайки. Для повышения помехоустойчивости управления

ПИД-регулятор выделяет из всего спектра сигналов импульсы, длительность которых не меньше заданной, и не пропускает импульсы, длительность которых более заданной длительности процесса расплавления припоя (0,1 с).

Предлагаемая система позволяет в два раза увеличить надежность управления процессом пайки, так как устраняет влияние на этот процесс таких факторов, как загрязнение окон электропечи и оптических элементов системы управления, изменение температурного режима печи, отклонение от режима водяного охлаждения, подачи водорода, различных электрических помех, и позволяет полностью автоматизировать процесс пайки.