[发明专利]一种超声波铝线自动邦定机控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种超声波铝线自动邦定机控制系统，适用于机械领域。

背景技术

自20世纪80年代以来，随着电子产品高性能化和小型化，微电子封装的密度越来越高，封装性能越来越好，形式和种类越来越多。超声波铝线焊接技术是一种初级内部互连方法，是连到实际的裸片表而或器件逻辑电路最初一级的内部互连方式，这种连接方式把逻辑信号或晶片的电信号与外界连起来。邦定过程是一种固态焊接过程，利用超声波摩擦原理，室温下通过超声波摩擦振动，此时铝线和封装管脚亲密接触，金属电子共享或原子相互扩散，邦定压力促使材料变形，超声波能量打破金属氧化层，消除表而粗糙度，产生的热能加速原子相互扩散，使连接处形成焊点。这种方法广泛应用于电话机、日用小家电、电子玩具、计算机外围设备等消费类电子产品。焊接的整个过程通常可分为以下5个步骤。

（1）确定焊线两端点的位置(即第一焊点和第二焊点位置)，开始进行焊线操作。

（2）工作台(T)转动到45°位置，使焊压工具下降距离最短。X轴、Y轴向第一焊点位置移动，在即将到达第一焊点前，Z轴开始探索性地下降，直至接触到焊点上。由于邦定力量的存在，焊针下压到给定的邦定力量时，接触感应器断开，Z轴停比下降。

（3）从超声波收发信号板发出超声波，输送给连接焊接工具的换能器，并以软件设定好的时间对焊点进行焊接。

（4）焊接完毕，打开线夹，Z轴上升，接触感应器闭合，邦定力量升高（防比焊针在上升过程中产生震动），打开送/扯线(F/T)电动机空扯后关闭。Z轴上升到一定高度后停止，X轴、Y轴开始向第二焊点移动。

（5）焊接工具在移动到第二焊点时，重复以上步骤，完成一根完整的焊线。

在这个操作过程中五个运动轴按照预先设定的运动参数进行联动，同时焊压过程中需要控制的重要参数有动态的焊压力、静态的恒定邦头锁定力(其大小由螺线管两端电压决定)、超声波功率和焊压时间，这些参数的优化和调整直接关系到邦定的可靠性和产品的质量。

发明内容

本发明提出了一种超声波铝线自动邦定机控制系统，充分合理地利用DSP的软硬件资源，实现了对多轴电动机的联动精确控制，基于PID的智能调节策略改善了焊接质量。

本发明所采用的技术方案是。

所述控制系统由运动控制系统和过程控制系统两部分组成。

所述运动控制系统部分包括一套X、Y两轴伺服电动机组成的工作台，一个360°旋转的T轴步进电动机控制平台，一个垂直运动的Z轴步进电动机控制机构，一个步进电动机控制送/扯线装置，这五个轴电动机共同完成超声波铝线自动邦定机的运动控制功能。

所述控制系统设计了一块以PCI总线和DSP为核心的运动控制卡，辅以一些外围电路完成这五个轴的联动控制，其中采用TI公司的TMS320LF2407作为主控制器，来实现5轴的控制算法处理，用PLX公司的PCI9052来实现PCI总线协议与上位机进行通信。

所述过程控制系统部分由超声波发生器控制电路、换能器、焊接压力反馈控制系统、数据采集系统等组成。对焊接过程中的功率、压力和时间进行控制，进而控制焊接的质量。焊点的大小、长度、线尾和线的弧度，这些都是评价焊接好坏的重要参数。

所述运动控制系统由两部分组成，一部分是基于PCI9052为核心的PCI总线接口部分，另一部分是基于TMS320LF2407为核心的多轴插补控制部分。

所述控制系统采用一片串行EEPROM（93LC46B）用于装载有关PCI总线的配置信息。PCI9052局部总线侧与IDT7025连接，这是一款8kx16位的双端口静态高速RAM，具有两组独立的地址总线和16位的数据总线，允许上位机通过PCI总线和DSP同时访问双端口RAM中的不同单元，采用令牌传递的原理解决同时访问的竞争问题。这样使IDT7025成为上位机和DSP的数据交换中介，DSP能够实时处理从上位机传来的命令和数据，同时把底层各个轴电动机的运行状态信息反传给上位机。

所述过程控制系统部分主要以AD/DA数据采集卡为核心，辅以外围电路完成对第一、第二焊点的压力反馈控制、超声波信号和功率的反馈控制。

本发明的有益效果是：该控制系统能够实时、有效地完成超声波铝线自动邦定机的五轴运动控制系统的各种功能，对焊接过程中的压力、功率采用了PID的智能闭环控制，有效地改善了焊接质量。

附图说明

图1是本发明的邦定机控制系统结构图。

图2是本发明的邦定机运动控制系统方框图。