專利名稱：一種熱壓頭及熱壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID標(biāo)簽熱壓固化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱壓頭及熱壓裝置。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID)標(biāo)簽生產(chǎn)中常用的Flip Chip封裝工藝包括點膠、貼裝、熱壓以及檢測等工藝步驟，即一、點膠器將適量的導(dǎo)電膠滴到RFID天線基板的焊盤上；二、貼裝頭拾取RFID芯片放置于天線基板的焊盤上；三、使用熱壓頭使導(dǎo)電膠受壓力和熱的同時作用實現(xiàn)固化；四、檢測標(biāo)簽成品是否符合使用要求。導(dǎo)電膠是由有機(jī)高分子聚合物基體和均勻分散在其中的導(dǎo)電填料(導(dǎo)電粒子)組成的，具有粘接性能和導(dǎo)電性能的一類膠劑，主要分為各向同性導(dǎo)電膠(ICA)、各向異性導(dǎo)電膠(ACA)以及不導(dǎo)電膠(NCA)。基于各向異性導(dǎo)電膠(ACA)的封裝工藝，固化后的ACA在X、Y方向絕緣，只在Z方向是導(dǎo)電。這種工藝流程較為簡單，在封裝過程中無需考慮太多對位問題，工藝簡捷方便，被廣泛應(yīng)用于RFID標(biāo)簽封裝中。導(dǎo)電膠的熱壓固化工藝參數(shù)主要是固化溫度、固化壓力和固化時間三個方面，它們都對封裝后標(biāo)簽的機(jī)械性能和電氣性能有重要影響。根據(jù)實際工況的需求，各向異性導(dǎo)電膠(ACA)的固化時間為8-12s，實際生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)效率，往往采用卷到卷(R2R)的基板輸送方式，在熱壓工位上采用多對熱壓頭同時對多個標(biāo)簽進(jìn)行熱壓操作。這樣就需要限制熱壓頭的尺寸以在一定工位范圍內(nèi)設(shè)置更多的熱壓頭、保證熱壓頭在工位范圍內(nèi)能自由調(diào)節(jié)位置以適應(yīng)基板上天線間距的多樣性、同時控制多對熱壓頭的溫度、壓力均勻性和一致性，以實現(xiàn)生產(chǎn)的高效率、高良品率和經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的熱壓頭設(shè)計中，均采用彈簧實現(xiàn)力控的解決方案，中國專利CN202225442U即采用這種方案。在單件小批量的生產(chǎn)中，往往采用手邦機(jī)，它僅包含一對熱壓頭，這種方案尚可滿足要求。然而，在大批大量的自動化生產(chǎn)設(shè)備中，往往存在幾十對甚至上百對熱壓頭，由于零件加工誤差、裝配誤差、彈簧受熱膨脹以及摩擦力等等不可控因素的存在，在實際生產(chǎn)前需要調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮量，對每對熱壓頭的壓力進(jìn)行標(biāo)定，這顯然是一件極其繁瑣的事情。而且，這種解決方案還存在一個問題，即在彈簧受高溫、快速循環(huán)壓力的工況環(huán)境下，很難保證彈簧彈性系數(shù)的一致性以及彈簧的使用壽命，這無疑增加了設(shè)備調(diào)試和維護(hù)的不便，提高了生產(chǎn)成本。中國專利CN200910272540B提供了一種氣動式熱壓頭裝置，通過調(diào)節(jié)氣壓實現(xiàn)對熱壓頭輸出壓力的調(diào)整，但是該裝置中采用手動調(diào)整的方法，無法根據(jù)實際工況進(jìn)行壓力的自動調(diào)節(jié)，這顯然是不符合大批大量的自動化生產(chǎn)設(shè)備的實際需求的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氣動式熱壓裝置，解決現(xiàn)有熱壓頭壓力調(diào)節(jié)不便、壓力和溫度的穩(wěn)定性和一致性難以保證的問題，可實現(xiàn)熱壓頭壓力的自動調(diào)整，提高實際生產(chǎn)效率和良品率。
本發(fā)明還提供了一種熱壓頭，它限定熱壓工作部周向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱壓頭直線運(yùn)動的精確導(dǎo)向，避免了熱壓過程中芯片的偏移，提聞良品率。一種熱壓裝置，包括至少一個熱壓頭對、一個熱壓頭壓力控制系統(tǒng)和一個熱壓頭溫度控制系統(tǒng)；熱壓頭對由上熱壓頭和下熱壓頭組成；上熱壓頭包括第一加熱組件、第一導(dǎo)線夾和第一安裝組件；第一加熱組件，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；第一導(dǎo)線夾固定于加熱組件的底部，用于固定第一加熱組件與熱壓頭溫度控制系統(tǒng)之間的信號線以及第一加熱組件的供電電源線；第一安裝組件設(shè)于第一加熱組件的底部，用于實現(xiàn)上熱壓頭各組件的連接及上熱壓頭整體的安放；下熱壓頭包括第二加熱組件、第二導(dǎo)線夾、導(dǎo)向組件、動力組件和第二安裝組件；第二加熱組件固定于導(dǎo)向組件的頂端，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；第二導(dǎo)線夾固定于第二加熱組件的底部，用于固定第二加熱組件與熱壓頭溫度控制系統(tǒng)之間的信號線以及第二加熱組件的供電電源線；導(dǎo)向組件與動力組件相連，用于確保第二加熱組件的直線運(yùn)動；動力組件連接第二加熱組件，用于驅(qū)動第二加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；第二安裝組件設(shè)于動力組件底部，用于實現(xiàn)下熱壓頭各組件的連接及熱壓頭整體的安放；熱壓頭壓力控制系統(tǒng)，氣管連接下熱壓頭的動力組件，用于通過壓力閉環(huán)反饋控制以向動力組件提供穩(wěn)定壓力的氣體，在壓力氣體作用下動力組件驅(qū)動第二加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；熱壓頭溫度控制系統(tǒng)，分別電連接上、下熱壓頭的第一、二加熱組件，用于通過溫度閉環(huán)反饋控制以穩(wěn)定第一、二加熱組件的溫度。進(jìn)一步地，所述熱壓頭壓力控制系統(tǒng)包括依次氣管連接的氣源、分水濾氣器、通斷閥、壓力型電-氣比例閥和壓力開關(guān)，壓力開關(guān)氣管連接下熱壓頭的動力組件；壓力開關(guān)的信號輸出端電連接壓力型電-氣比例閥的信號輸入端。進(jìn)一步地，所述熱壓頭溫度控制系統(tǒng)包括依次電連接的控制單元、信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路、傳感器；傳感器采集第一或第二加熱組件實際工作中的溫度信號，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路對溫度信號進(jìn)行預(yù)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制單元將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號與目標(biāo)溫度值比較得到控制指令，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路對控制指令數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳送給第一或第二加熱組件以控制第一或第二加熱組件的供電電源的通斷。進(jìn)一步地，所述熱壓頭溫度控制系統(tǒng)還包括工控機(jī)和報警模塊，工控機(jī)和報警模塊均電連接控制單元；工控機(jī)向控制單元輸入目標(biāo)溫度值，接收并顯示來自控制單元的第一或第二熱壓頭實際工作中的溫度信息。進(jìn)一步地，所述控制單元采集到的第一或第二熱壓頭采樣溫度存放于64維數(shù)組中，當(dāng)采樣次數(shù)小于64時，采樣溫度依序保存到數(shù)組中，當(dāng)采樣次數(shù)大于等于64時，依次將數(shù)組的后一個元素值賦值給前一個元素，并將當(dāng)前采樣溫度值賦值于數(shù)組的最后一個元素；將數(shù)組的元素均值作為熱壓頭的當(dāng)前實際溫度，計算熱壓頭的當(dāng)前實際溫度與目標(biāo)溫度的差值，對該差值進(jìn)行PID運(yùn)算得到控制變量。進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向組件包括滾珠花鍵軸、花鍵軸套、緊定螺釘以及安裝套筒；滾珠花鍵軸的一端插入花鍵軸套，另一端連接第二加熱組件；花鍵軸套插入安裝套筒內(nèi)。進(jìn)一步地,所述動力組件采用低摩擦氣缸。進(jìn)一步地，所述第一或第二加熱組件包括熱壓頭工作部、發(fā)熱芯、云母片、蝶形彈簧、隔熱塊、連接座、隔熱套筒、隔熱墊片、彈簧墊片和隔熱螺釘；熱壓頭工作部中間開有凹槽，發(fā)熱芯放于凹槽內(nèi)，發(fā)熱芯上依次放置云母片、蝶形彈簧和隔熱塊，隔熱塊上固定有連接座，連接座中部開孔，孔內(nèi)放置隔熱套筒；熱壓頭工作部、隔熱塊和連接座通過隔熱螺釘連接固定為一體，隔熱螺釘與連接座之間設(shè)有隔熱墊片和彈簧墊片，低隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用導(dǎo)熱率耐高溫工程塑料，隔熱塊選用玻璃纖維材料。進(jìn)一步地，所述隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚四氟乙烯中的任意一種，隔熱塊選用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚縮醛、玻璃纖維和陶瓷中的任意一種。一種熱壓頭，包括加熱組件、導(dǎo)向組件、動力組件和安裝組件；加熱組件固定于導(dǎo)向組件的頂端，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；動力組件連接加熱組件，用于驅(qū)動加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；導(dǎo)向組件與動力組件相連，用于確保加熱組件的直線運(yùn)動；安裝組件設(shè)于動力組件底部，用于實現(xiàn)熱壓頭各組件的連接及熱壓頭整體的安放；所述導(dǎo)向組件包括滾珠花鍵軸、花鍵軸套、緊定螺釘以及安裝套筒；滾珠花鍵軸的一端插入花鍵軸套，另一端連接加熱組件；花鍵軸套插入安裝套筒內(nèi)；所述加熱組件包括熱壓頭工作部、發(fā)熱芯、云母片、蝶形彈簧、隔熱塊、連接座、隔熱套筒、隔熱墊片、彈簧墊片和隔熱螺釘；熱壓頭工作部中間開有凹槽，發(fā)熱芯放于凹槽內(nèi)，發(fā)熱芯上依次放置云母片、蝶形彈簧和隔熱塊，隔熱塊上固定有連接座，連接座中部開孔，孔內(nèi)放置隔熱套筒；熱壓頭工作部、隔熱塊和連接座通過隔熱螺釘連接固定為一體，隔熱螺釘與連接座之間設(shè)有隔熱墊片和彈簧墊片，隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用低導(dǎo)熱率耐高溫工程塑料，隔熱塊選用玻璃纖維材料。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明各熱壓頭的動力組件并聯(lián)接入控制氣路，壓力控制系統(tǒng)提供相同的氣壓，從而實現(xiàn)多個熱壓頭輸出壓力的一致性；通過溫度閉環(huán)反饋控制以穩(wěn)定加熱組件的溫度，同時保證了壓力和溫度的穩(wěn)定性和一致性。進(jìn)一步地，壓力控制系統(tǒng)中的壓力開關(guān)能實時監(jiān)測熱壓頭氣路中壓力的大小，并輸出反饋信號給壓力型電-氣比例閥用于實現(xiàn)氣路內(nèi)部氣壓的自動調(diào)節(jié)，保證輸出壓力的穩(wěn)定性；控制電磁閥的通斷即可輕松實現(xiàn)熱壓頭的工作與復(fù)位。進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括連接工控機(jī)和報警模塊，方便人機(jī)交互和報警提醒。進(jìn)一步地，熱壓頭可為一個或多個，當(dāng)熱壓頭較多時，還可擴(kuò)展控制單元的個數(shù)，擴(kuò)展性強(qiáng)，適用性好。進(jìn)一步地，導(dǎo)向組件采用滾珠花鍵組件，精密的滾珠花鍵軸實現(xiàn)了熱壓頭軸向運(yùn)動的精確導(dǎo)向并限制其周向旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，動力組件采用低摩擦氣缸，它摩擦力低，靈敏度高、輸出壓力穩(wěn)定，便于精確的壓力控制。進(jìn)一步地，加熱組件采用云母片、隔熱塊、隔熱套筒以及隔熱螺釘進(jìn)行四級隔熱，有效避免高溫對其他零件的不良影響。


圖1是本發(fā)明氣動式下熱壓頭較佳實施方式的立體組合圖2是圖1中的發(fā)熱組件的立體結(jié)構(gòu)分解圖；圖3是圖1中的導(dǎo)向組件的立體結(jié)構(gòu)分解圖；圖4是圖1中的滾珠花鍵軸組件的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5是圖1中的動力組件的立體結(jié)構(gòu)分解圖；圖6是圖1中的安裝組件的立體結(jié)構(gòu)分解圖；圖7是所述熱壓頭裝置的整體架構(gòu)圖；圖8是所述熱壓頭壓力控制系統(tǒng)氣動原理圖；圖9是所述熱壓頭的溫度控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖；圖10是所述熱壓頭的溫度控制系統(tǒng)的溫度采集電路；圖11是所述熱壓頭的溫度控制系統(tǒng)的控制流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖的較佳實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明的較佳實施方式主要包括加熱組件10、導(dǎo)線夾20、導(dǎo)向組件30、動力組件40和安裝組件50。加熱組件10固定在導(dǎo)向組件30的頂端，用于根據(jù)熱壓工藝需求在工作面上產(chǎn)生恒定的高溫，并對其他零部件進(jìn)行有效隔熱保護(hù)。導(dǎo)線夾20固定于加熱組件10上，用于固定電源線、信號線等線路，降低線路張力對熱壓頭輸出壓力的影響。導(dǎo)向組件30通過連接桿51與動力組件相連，用于確保熱壓頭的軸向直線運(yùn)動，限制其他自由度。動力組件40則用于提供熱壓頭的輸出力。安裝組件50負(fù)責(zé)熱壓頭各零部件的連接以及熱壓頭整體的安放與調(diào)整。如圖1、圖2所示，該裝置的加熱組件10包括熱壓頭工作部12、發(fā)熱芯13、云母片14、蝶形彈簧15、隔熱塊16、連接座17、隔熱套筒18、隔熱螺釘、隔熱墊片和彈簧墊片19。熱壓頭工作部12中間開有凹槽，用于安放發(fā)熱芯13。發(fā)熱芯13上依次放置云母片14、蝶形彈簧15和隔熱塊16，隔熱塊16上固定有連接座17 ;連接座17中部開孔放置隔熱套筒18。熱壓頭工作部12、隔熱塊16和連接座17的四角開有螺紋孔，通過通過旋入隔熱螺釘將三者連接為一體。為了增加隔熱效果，螺釘和連接座17之間的上同樣套放有隔熱墊片和彈簧墊片。熱壓頭工作部12材質(zhì)為黃銅H68 ;發(fā)熱芯13選用陶瓷發(fā)熱片，利用蝶形彈簧15使其緊貼熱壓頭工作部12的矩形槽;云母片14的作用有二 第一在于隔熱，第二在于防止發(fā)熱芯在受熱膨脹時由于局部受力而發(fā)生斷裂；隔熱塊16選用玻璃纖維；連接座16材質(zhì)為不銹鋼；隔熱墊片、隔熱螺釘、隔熱套筒18的材質(zhì)均為低導(dǎo)熱率、耐高溫的工程塑料例如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚四氟乙烯(Tef Ion)等等，優(yōu)選PEEK;隔熱塊16選用高溫隔熱樹脂，例如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚縮醛、玻璃纖維等等等，也可選用陶瓷，優(yōu)選玻璃纖維材料，既有隔熱效果又不失一定的機(jī)械強(qiáng)度。導(dǎo)向組件30用于確保加熱組件10的直線運(yùn)動，推薦采用如圖1、圖3所示的結(jié)構(gòu)，圖中的導(dǎo)向組件30包括滾珠花鍵軸31、花鍵軸套32、緊定螺釘33以及安裝套筒34?；ㄦI軸31可直接插入花鍵軸套32，并在其中自由滑動，花鍵軸套32限制了花鍵軸31的徑向和周向自由度。花鍵軸31端部設(shè)置有外螺紋，可與隔熱套筒18上的螺紋孔連接?；ㄦI軸套32也是插入安裝套筒34內(nèi)，花鍵軸套32的外圓柱面與安裝套筒34的內(nèi)圓柱面配合，確保了花鍵軸31在垂直方向運(yùn)動。圖4所示，花鍵軸套32包括保持器321、滾珠322、外筒323、擋圈324、密封墊片325。如圖1、圖5所示，該裝置的動力組件40包括低摩擦氣缸41、氣管接頭42。氣缸41的活塞桿端部為一球面411，其與花鍵軸31為點接觸，這樣即使由于零件加工誤差、安裝誤差等原因造成花鍵軸31與氣缸活塞桿不同軸也不會影響熱壓頭的輸出力。氣缸41的缸體上設(shè)置有兩個通孔，可允許連接桿51通過以實現(xiàn)導(dǎo)向組件和動力組件的連接。如圖1、圖6所示，該裝置的安裝組件50包括連接桿51、安裝座52、緊定螺釘53、磁鐵54、螺釘55。連接桿依次穿過安裝座52、氣缸41以及花鍵軸安裝座34的安裝孔，實現(xiàn)各零部件的機(jī)械連接。磁鐵54安放于安裝座52的安裝孔523內(nèi)，并通過緊定螺釘53緊固；連接座上的螺紋孔521用于安裝緊定螺釘53，通孔522用于安放連接桿51，盲孔523用于安放磁鐵，沉頭孔524用于安放螺釘，實現(xiàn)安裝座52與氣缸41的連接。如圖8所示，為該熱壓頭壓力控制系統(tǒng)氣動原理圖。該熱壓頭壓力控制系統(tǒng)包括依次氣管連接的氣源71、分水濾氣器72、通斷閥73、壓力型電-氣比例閥74和壓力開關(guān)75，壓力開關(guān)75氣管連接動力組件40的氣缸41，壓力開關(guān)75的信號輸出端電連接壓力型電-氣比例閥74的信號輸入端。分水濾氣器72用于將壓縮氣體中的水汽、油滴及其他一些雜質(zhì)從氣體中分離出來，達(dá)到凈化的作用；通斷閥73通過控制氣路的通斷控制熱壓頭的伸出與復(fù)位；壓力開關(guān)75可以實時監(jiān)測氣路中的氣體壓力，并反饋信號給壓力型電-氣比例閥74;壓力型電-氣比例閥74可以根據(jù)壓力開關(guān)的反饋信號對氣體壓力進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。通斷閥73可采用手動開關(guān)、兩位兩通、三位五通等形式的電磁閥，優(yōu)選兩位兩通，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于實現(xiàn)自動控制。如圖9所示，本發(fā)明熱壓頭的PID溫度控制系統(tǒng)包括依次電連接的控制單元5、信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路6、傳感器11以及發(fā)熱芯13 ;傳感器采集加熱組件10實際工作中的溫度信號，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路6對溫度信號進(jìn)行預(yù)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制單元5將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號與目標(biāo)溫度值比較得到控制指令，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路對控制指令數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳送給加熱組件10以控制加熱芯13的供電電源的通斷。為了方便用戶人機(jī)交互，還可增設(shè)工控機(jī)I和報警模塊4，工控機(jī)I和報警模塊4均與控制單元5通信；工控機(jī)I向控制單元5輸入目標(biāo)溫度值，接收并顯示來自控制單元5的熱壓頭實際工作中的溫度信息。若熱壓頭實際工作溫度不正常，控制單元出發(fā)觸發(fā)模塊報警。當(dāng)熱壓頭數(shù)量不多時，控制單元設(shè)置一個即可，當(dāng)熱壓頭數(shù)量較多且分布較遠(yuǎn)時，可對熱壓頭進(jìn)行區(qū)域劃分，一個區(qū)域?qū)?yīng)一個控制單元。當(dāng)控制單元數(shù)量較多時，通過增設(shè)轉(zhuǎn)接板2，實現(xiàn)工控機(jī)I和報警模塊4與控制單元之間的連接。本發(fā)明實例中，轉(zhuǎn)接板可對應(yīng)四個控制單元5，每個控制單元5可對應(yīng)8個熱壓頭。控制單元采用單片機(jī)最小系統(tǒng)實現(xiàn)，其分別周期性采集各壓頭的溫度信號以實現(xiàn)對各熱壓頭的獨立溫度控制。本發(fā)明信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路6從傳感器11讀取溫度信號的信號采集電路結(jié)構(gòu)可以采用橋式電路、恒流源測壓電路、分壓電路等，本發(fā)明采用的分壓電路結(jié)構(gòu)簡單，推薦使用。如圖10所示，阻分壓電路具體為電阻Rl和鉬熱電阻構(gòu)RO成分壓電路，鉬熱電阻一端接地，另一端輸入到控制單元5 ;鉬熱電阻兩端接入濾波電容Cl，保護(hù)端口二極管D1。溫度傳感器11涂覆一定量的導(dǎo)熱硅脂后插入熱壓頭工作部12頂部的通孔中。工控機(jī)I設(shè)定設(shè)置控制參數(shù)(包括溫度值、過熱值、過熱時間、PID參數(shù)等)，經(jīng)轉(zhuǎn)接板2與控制單元5進(jìn)行通訊，通訊方式為串口通訊，選用RS23作為工控機(jī)I和控制單元5之間的轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)接板2接入系統(tǒng)所需要的所有電源，包括5VDC、+24VDC和+36VDC三種電源，分別作為控制電源、報警信號電源和驅(qū)動發(fā)熱芯電源。報警模塊4的報警功能包括三部分黃燈亮，表示加熱操作正在進(jìn)行；綠燈亮，表示熱壓頭的溫度達(dá)到工作要求；紅燈亮，表示熱壓頭溫度異常。本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)的溫度控制策略可采用模糊控制、PID控制策略等等。本發(fā)明優(yōu)選PID控制策略，具體為信號預(yù)處理與轉(zhuǎn)換電路將內(nèi)置于熱壓頭內(nèi)部的溫度傳感器采集的模擬電壓信號經(jīng)A/D處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸?shù)娇刂茊卧缓蠼?jīng)控制單元進(jìn)行數(shù)字濾波處理及運(yùn)算，計算結(jié)果作為控制信號經(jīng)輸出電路控制熱壓頭內(nèi)置發(fā)熱芯供電時間，使熱壓頭保持恒溫，運(yùn)算公式采用如下差分方程Tn = Kp · Δ en+Ki · Δ en+Kd · Δ en其中Tn為第η次采樣的控制量；Κρ為比例系數(shù)&為積分常數(shù)；Kd為微分常數(shù)；Δ en為第η次采樣的溫度值與目標(biāo)溫度的差值；如圖11所示，本發(fā)明熱壓頭的PID溫度控制系統(tǒng)的控制流程具體步驟為⑴在工控機(jī)I的上位機(jī)界面，設(shè)定第i通道的目標(biāo)溫度tS(l[i](其中i為通道號，通道與熱壓頭一一對應(yīng))和PID參數(shù)Kp、K1、Kd，然后保存到控制單元5中；⑵初始化第i通道濾波溫度數(shù)組t[i] [j](其中i為通道號，j為濾波處理次數(shù))、第i通道的第η次采樣得到的實際溫度和目標(biāo)溫度的差值Λ en[i]、溫度瞬時值temp、采樣次數(shù)η初始化為O ;⑶開始采樣，采樣次數(shù)η加I，⑷讀取第i通道 的第η次采樣溫度信號，并保存到temp ；(5)采用滑動和均值濾波的方式處理采集的信號，具體思路當(dāng)采樣次數(shù)小于64時，將所采集到的溫度值temp依次保存到濾波數(shù)組t[i] [j]中(即j=n);當(dāng)采樣次數(shù)η大于等于64時，濾波數(shù)組依次將后一個數(shù)賦給前一個(即t[i] [j-1] = t[i] [j])，并把當(dāng)次采集到溫度存儲到數(shù)組的最后一個t[i] [63] = temp ;然后將濾波數(shù)組的均值t [i]作為該通道的實際溫度；(6)計算 Aen[i] = t[i]_ts0[i]；(7)將上述數(shù)據(jù)代入差分方程 Tn[i] = Kp · Δ en[i]+Ki · Δ en[i]+Kd · Δ en[i],計算得出控制變量Tn[i]，輸出到信號預(yù)處理與轉(zhuǎn)換電路6，控制發(fā)熱芯的供電時間，返回步驟(3);按照上述方式直至該控制單元所對應(yīng)的通道均計算完畢。將本發(fā)明應(yīng)用于實際中，需配置一對熱壓頭，其中上熱壓頭與下熱壓頭的區(qū)別是，上熱壓頭沒有動力組件和導(dǎo)向組件，其它結(jié)構(gòu)相同。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱壓裝置，包括至少一個熱壓頭對、一個熱壓頭壓力控制系統(tǒng)和一個熱壓頭溫度控制系統(tǒng)；熱壓頭對由上熱壓頭和下熱壓頭組成； 上熱壓頭包括第一加熱組件、第一導(dǎo)線夾和第一安裝組件；第一加熱組件，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；第一導(dǎo)線夾固定于加熱組件的底部，用于固定第一加熱組件與熱壓頭溫度控制系統(tǒng)之間的信號線以及第一加熱組件的供電電源線；第一安裝組件設(shè)于第一加熱組件的底部，用于實現(xiàn)上熱壓頭各組件的連接及上熱壓頭整體的安放； 下熱壓頭包括第二加熱組件、第二導(dǎo)線夾、導(dǎo)向組件、動力組件和第二安裝組件；第二加熱組件固定于導(dǎo)向組件的頂端，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；第二導(dǎo)線夾固定于第二加熱組件的底部，用于固定第二加熱組件與熱壓頭溫度控制系統(tǒng)之間的信號線以及第二加熱組件的供電電源線；導(dǎo)向組件與動力組件相連，用于確保第二加熱組件的直線運(yùn)動；動力組件連接第二加熱組件，用于驅(qū)動第二加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；第二安裝組件設(shè)于動力組件底部，用于實現(xiàn)下熱壓頭各組件的連接及熱壓頭整體的安放； 熱壓頭壓力控制系統(tǒng)，氣管連接下熱壓頭的動力組件，用于通過壓力閉環(huán)反饋控制以向動力組件提供穩(wěn)定壓力的氣體，在壓力氣體作用下動力組件驅(qū)動第二加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動； 熱壓頭溫度控制系統(tǒng)，分別電連接上、下熱壓頭的第一、二加熱組件，用于通過溫度閉環(huán)反饋控制以穩(wěn)定第一、二加熱組件的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓裝置，其特征在于，所述熱壓頭壓力控制系統(tǒng)包括依次氣管連接的氣源(71)、分水濾氣器(72)、通斷閥(73)、壓力型電-氣比例閥(74)和壓力開關(guān)(75)，壓力開關(guān)(75)氣管連接下熱壓頭的動力組件(40);壓力開關(guān)(75)的信號輸出端電連接壓力型電-氣比例閥(74的信號輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱壓裝置，其特征在于，所述熱壓頭溫度控制系統(tǒng)包括依次電連接的控制單元(5)、信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路(6)、傳感器(11);傳感器(11)采集第一或第二加熱組件實際工作中的溫度信號，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路(6)對溫度信號進(jìn)行預(yù)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制單元(5 )將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度信號與目標(biāo)溫度值比較得到控制指令，信號預(yù)處理和轉(zhuǎn)換電路(6 )對控制指令數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳送給第一或第二加熱組件以控制第一或第二加熱組件的供電電源的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱壓裝置，其特征在于，所述熱壓頭溫度控制系統(tǒng)還包括工控機(jī)(I)和報警模塊(4 )，工控機(jī)(I)和報警模塊(4 )均電連接控制單元(5 );工控機(jī)(I)向控制單元(5)輸入目標(biāo)溫度值，接收并顯示來自控制單元(5)的第一或第二加熱組件實際工作中的溫度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的熱壓裝置，其特征在于，所述控制單元采集到的第一或第二熱壓頭采樣溫度存放于64維數(shù)組中，當(dāng)采樣次數(shù)小于64時，采樣溫度依序保存到數(shù)組中，當(dāng)采樣次數(shù)大于等于64時，依次將數(shù)組的后一個元素值賦值給前一個元素，并將當(dāng)前采樣溫度值賦值于數(shù)組的最后一個元素；將數(shù)組的元素均值作為熱壓頭的當(dāng)前實際溫度，計算熱壓頭的當(dāng)前實際溫度與目標(biāo)溫度的差值，對該差值進(jìn)行PID運(yùn)算得到控制變量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的熱壓裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向組件包括滾珠花鍵軸(31)、花鍵軸套(32)、緊定螺釘(33)以及安裝套筒(34);滾珠花鍵軸(31)的一端插入花鍵軸套(32)，另一端連接第二加熱組件；花鍵軸套(32)插入安裝套筒(34)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的熱壓裝置，其特征在于，所述動力組件采用低摩擦氣缸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的熱壓裝置，其特征在于，所述第一或第二加熱組件包括熱壓頭工作部(12)、發(fā)熱芯(13)、云母片(14)、蝶形彈簧(15)、隔熱塊(16)、連接座(17)、隔熱套筒(18)、隔熱墊片、彈簧墊片和隔熱螺釘(19);熱壓頭工作部(12)中間開有凹槽，發(fā)熱芯(13)放于凹槽內(nèi)，發(fā)熱芯(13)上依次放置云母片(14)、蝶形彈簧(15)和隔熱塊(16)，隔熱塊(16)上固定有連接座(17)，連接座(17)中部開孔，孔內(nèi)放置隔熱套筒(18);熱壓頭工作部(12)、隔熱塊(16)和連接座(17)通過隔熱螺釘連接固定為一體，隔熱螺釘與連接座(17)之間設(shè)有隔熱墊片和彈簧墊片，低隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用導(dǎo)熱率耐高溫工程塑料，隔熱塊選用玻璃纖維材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱壓裝置，其特征在于，所述隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚四氟乙烯中的任意一種，隔熱塊選用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚縮醛、玻璃纖維和陶瓷中的任意一種。
10.一種熱壓頭，包括加熱組件、導(dǎo)向組件、動力組件和安裝組件；加熱組件固定于導(dǎo)向組件的頂端，用于根據(jù)熱壓工藝需求保持恒定的高溫；動力組件連接加熱組件，用于驅(qū)動加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；導(dǎo)向組件與動力組件相連，用于確保加熱組件的直線運(yùn)動；安裝組件設(shè)于動力組件底部，用于實現(xiàn)熱壓頭各組件的連接及熱壓頭整體的安放； 所述導(dǎo)向組件包括滾珠花鍵軸(31、花鍵軸套(32)、緊定螺釘(33)以及安裝套筒(34)；滾珠花鍵軸(31)的一端插入花鍵軸套(32 )，另一端連接加熱組件；花鍵軸套(32 )插入安裝套筒(34)內(nèi)； 所述加熱組件包括熱壓頭工作部(12)、發(fā)熱芯(13)、云母片(14)、蝶形彈簧(15)、隔熱塊(16)、連接座(17)、隔熱套筒(18)、隔熱墊片、彈簧墊片和隔熱螺釘(19);熱壓頭工作部(12)中間開有凹槽，發(fā)熱芯(13)放于凹槽內(nèi)，發(fā)熱芯(13)上依次放置云母片(14)、蝶形彈簧(15)和隔熱塊(16)，隔熱塊(16)上固定有連接座(17)，連接座(17)中部開孔，孔內(nèi)放置隔熱套筒(18);熱壓頭工作部(12)、隔熱塊(16)和連接座(17)通過隔熱螺釘連接固定為一體，隔熱螺釘與連接座(17)之間設(shè)有隔熱墊片和彈簧墊片，隔熱墊片、隔熱螺釘和隔熱套筒采用低導(dǎo)熱率耐高溫工程塑料，隔熱塊選用玻璃纖維材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱壓裝置，包括熱壓頭對、熱壓頭壓力控制系統(tǒng)和熱壓頭溫度控制系統(tǒng)；熱壓頭對由上熱壓頭和下熱壓頭組成；熱壓頭壓力控制系統(tǒng)，氣管連接下熱壓頭的動力組件，用于通過壓力閉環(huán)反饋控制以向動力組件提供穩(wěn)定壓力的氣體，在壓力氣體作用下動力組件驅(qū)動加熱組件往復(fù)直線運(yùn)動；熱壓頭溫度控制系統(tǒng)，電連接上、下熱壓頭的第一、二加熱組件，用于通過溫度閉環(huán)反饋控制以穩(wěn)定加熱組件的溫度。本發(fā)明熱壓頭的動力組件并聯(lián)接入控制氣路，壓力控制系統(tǒng)提供相同的氣壓，實現(xiàn)多個熱壓頭輸出壓力的一致性；通過溫度閉環(huán)反饋控制以穩(wěn)定多個熱壓頭的溫度，解決了現(xiàn)有熱壓頭壓力調(diào)節(jié)不便、壓力和溫度的穩(wěn)定性和一致性難以保證的問題。
文檔編號B29C51/26GK103057102SQ20121051460
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者陳建魁, 尹周平, 范守元, 翟潔 申請人:華中科技大學(xué)