Лазерной подгонки цилиндрических металлопленочных резисторов.

Цель работы. Решение задач АСУ ТП на примере лазерной подгонки в номинал цилиндрических металлопленочных резисторов:

1. Постановка задачи достижения планируемого результата.

2. Анализ исходных данных для формирования управляющих воздействий.

3. Формирование управляющих воздействий для обеспечения циклограммы работы установки подгонки ( функционирования установки подгонки в реальном масштабе времени по заданному алгоритму ).

4. Формирование управляющих воздействий для обеспечения заданного качества продукции.

5. Контроль заданного качества продукции.

6. Построение графика зависимости управляющего воздействия от величины входного воздействия.

2. Исходные данные

Подгонка в номинал цилиндрических металлопленочных резисторов производится путем испарения лазерным лучом резистивного материала с поверхности диэлектрического основания по спиральной или другого вида нарезке, при этом качество изготавливаемых резисторов определяется веилчиной нарезанной части резистора. Окончание спиральной изолирующей канавки после достижения номинального значения должно быть в конечной 30% - ой зоне резистора. В идеальном случае изолирующая канавка должна заканчиваться в непосредственной близости от колпачка резистора. При подгонке спиралью шаг изолирующей канавки задается относительной скоростью движения оптической системы с лазерным лучом вдоль вращающегося с постоянной скоростью резистора. Подгонка каждого регистра производится с постоянным шагом, который меняется от резистора к резистору в зависимости от коэффициента подгонки (К), определяемый как отношение сопротивления регистра после подгонки к сопротивлению резистивной заготовки. Эту задачу решает система управления установки лазерной подгонки малогабаритных цилиндрических металлопленочных резисторов ( рис. 1 ), в которой МС - магазин эталонных сопротивлений; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; ЭВМ - микро-ЭВМ; ПН - позиция нарезки; ОС оптическая система; ОКГ - оптический квантовый генератор ( лазер ); КСР- блок контроля сопротивления; KR - датчик конца резистора; OL - датчик оптимальной длины нарезки; 30% - датчтк конечной 30%-ой зоны резистора; АК - датчик автоматической коррекции; ПС - плата согласования; ТГ - тахогенератор; РЕГ - регулятор; ДВ1 - двигатель привода оптической системы; ДВ2 - двигатель вращения цанг; К - коммутатор; ЭММ - электромагнитная муфта; ЭМЦ - электромагнит разведения цанг; ЭМЗ - электромагнит загрузки резистора в цанги; ЭМБ - электромагнит брака; СГ - счетчик годных; СБ - счетчик брака; БП - блок питания ; ПУ - пульт управления.

Работа утановки осуществляется следующим образом. Резистор с виброзагрузчика поступает в накопитель. Электромагнит цанг разводит цанги, в котрые электромагнит загрузки из накопителя загружает резистивную заготовку сопротивдением R, после чего коммутатор подключает резистор, находящийся в цангах, к эталонному сопротивлению ( R_Э ) магазина эталонных сопротиволений, образуя делитель, с выхода которого аналоговое значение U_ПЗ поступает на вход АЦП. С выхода АЦП цифровой двоичный код поступает в ЭВМ, которая, решая уравнение математической модели системы расчета шага U_УПР=f (U_ПЗ ) вычисляет U_УПР. Вычисленный ЭВМ цифровой код U_УПР подается на ЦАП, где преобразуется и в виде аналогового напряжения воздействует на первый вход регулятора, на второй вход которого поступает напряжение с выхода тахогенератора, находящегося на одной оси с двигателем ДВ1, образуя, таким образом, замкнутый контур автоматического регулирования. Напряжение с выходва тахогенератора соответствует реальной скорости вращения двигателя привода перемещения оптической системы. На регуляторе производится сравнение двух напряжений и, в случае их рассогласования, регулятор выдает управляющий сигнал на двигатель ДВ1, регулируя его скорость вращения в соответствии с управляющим напряжением с ЦАП. ДВ1 через редуктор и ЭММ с приводным роликом обеспечивает движение ОС с постоянной скоростью, соответствующей U_УПР, при этом производится подгонка резимтора лазерным лучом с постоянным шагом. Во время подгонки резистор в цангах коммутатором подключен к блоку контроля сопротивления резистора, таким образом, что после достижения требуемого значения сопротивления КСР отключает ОКГ и процесс подгонки прекращается. Затем контролируется качество резисторов по величине нарезанной части. Если номинальное значение сопротивления ( требуеиое ) достигнуто ( сработал КСР ) до начала 30%-ой зоны резистора, то это квалифицируется, как брак по недорезу. Если номинальное значение сопротивления не достигнуто по всему резистору ( сигнал КР R есть, а КСР - нет ), то это квалифицируется как перерез. В обоих случаяз резистор отправляется в брак путем срабатывания ЭМБ, заслонка которого прерывая путь резистору отправляет его в емкость брака. В случае прихода сигнала КСР о достижении требуемого номинального значения в 30%-ой зоне резистора, резистор считается годным и отправляется в емкость годных резисторов. В случае следования подряд пяти бракованных резисторов установка отключается.

Математическая модель системы расчета шага спмиральной изолирующей канавки при подгонке в номинал цилиндрических металлпленочных резисторов отражает зависимость управляющего напряжения ( U_УПР ) электроприводом перемещения оптической системы вдоль вращающегося с постоянной скоростью резистора от напряжения предварительного замера ( U_ПЗ ), идентифицирующих шаг подгонки и коэффициент подгонки, соответственно.

где

- частота вращения резистора ( 1500 об/мин ); К_ТГ - крутизна тахогенератора ( 0,004 В/об/мин); К_РЕД - коэффициент редукции редутора ( 100 ); U_{ПИТ ПЗ} - напряжение питания позиции предварительного замера ( 5 В ); U_ПЗ - напряжение предварительного замера ( 3,4 - 4,83 В ); n - коэффициент пропорциональности ( 0,001 ); а - ширина спиральной изолирующей канавки ( 0,1 мм ); D - диаметрн резистора ( 1,6 мм ); p = 3,14; D₁ - диаметр передаточного ролика ( 22 мм ).

Характеристика АЦП

Разрядность - 8, Напряжение питания АЦП - 5В.

Характеристика ЦАП

Разрядность - 8, Напряжение питания ЦАП - 10 В.

3. Результаты

Отчет должен содержать:

1. Исходные данные.

2. Результаты реализации работы АСУ ТП в виде распечатки, которая должна содержать:

- номер обрабатываемого резистора;

- время выполнения операции а нарастающим итогом с начала цикла;

- команды, формируемые управляющей ЭВМ;

- действия, производимые в системе ( например, ВКЛ ЭМЗ, или ПУСК ЭММ);

- U_ПЗ и U_{У ПР} должны быть представлены на распечатке в цифровом и аналоговом видах;

- состояние качества для текущего резистора: БРАК, ГОДЕН;

- формирование общего количества годных и брака после подгонки каждого резистораот начала работы АСУ ТП ЛПЦМР;

- графическое представление характеристики U_УПР=f (U_ПЗ )

Кроме вышеуказанных материалов студенты в процессе сдачи зачета по лабораторной работе должны знать принцип работы представленной установки подгонки, а также назначение и общие принципы работы составных элементов, представленных на блок-схеме АСУ ТП ЛПЦМР.