平行縫焊機用于封裝集成電路芯片。目前我國使用的封裝集成電路芯片的設備基本來(lái)自于美國和日本等國家，價(jià)格昂貴，因此使其變得國產(chǎn)化、價(jià)位低具有深遠的意義。
１ 系統的主要組成與功能

系統由上位機（ＰＣ機）和下位機（單片機）兩部分組成，硬件結構如圖１所示。

上位機（ＰＣ機）軟件采用可視化編程語(yǔ)言ＶＢ６．０開(kāi)發(fā)，使用ＭＳｃｏｍｍ控件完成ＰＣ機與單片機的數據通信，傳送控制信息、狀態(tài)信息和焊接參數；并利用ＶＢ６．０具有的對各種數據庫的操作能力實(shí)現焊接的人性化。下位機（單片機）通過(guò)串行接口接收ＰＣ機發(fā)送的命令，啟動(dòng)工作程序，控制６個(gè)步進(jìn)電機（其中ｘ軸兩個(gè)、ｙ軸１個(gè)、ｚ軸兩個(gè)，旋轉θ軸１個(gè)），通過(guò)絲杠將電機的角位移轉換為線(xiàn)位移，帶動(dòng)焊接電極按設計的軌跡運行，并實(shí)時(shí)向ＰＣ機傳送當前的運行狀態(tài)。系統的主要功能有： ①上位機實(shí)時(shí)監視下位機的工作狀態(tài)，控制下位機的工作過(guò)程；設置下位機的工作參數，接收和發(fā)送數據信息、控制信息和狀態(tài)信息；記錄歷史芯片的焊接參數；系統在重新上電時(shí)，將最新的焊接參數作為本次焊接參數的默認值；進(jìn)行數據處理并顯示數據和工作狀態(tài)，指導操作過(guò)程； ②下位機控制６個(gè)步進(jìn)電機的運轉，最終控制焊接電極的移動(dòng)；控制焊接功率的大小并實(shí)現間歇控制；實(shí)現焊接電極的微調。 ③系統的各焊接軸方向精度不得低于０．１ｍｍ。

２ 系統資源利用及通信機理

２．１ 系統資源的利用

為充分利用ＰＣ機強大的數據處理能力、海量的存儲空間，有效地發(fā)揮單片機數據存儲器的作用，必須合理地分配系統資源。具體做法之一是ＰＣ機在發(fā)送焊接數據時(shí)，將其以浮點(diǎn)數存儲的焊接參數根據步進(jìn)電機的步角和絲杠比轉換為脈沖數發(fā)送給單片機；二是當脈沖數占用的位數略大于單字節整數倍Ｎ位時(shí)，在滿(mǎn)足精度要求的前提下有：發(fā)送的數據＝原數據／２Ｎ，這時(shí)對發(fā)送數據取整，單片機接收到該整數數據后，左移Ｎ位便可恢復真實(shí)數據。這樣既提高了通信效率，又減小了對單片機ＲＡＭ的占用。

２．２ 系統通信協(xié)議

波特率設置為４８００ｂｐｓ；數據幀結構設置為：起始位１ｂｉｔ，數據位８ｂｉｔ，停止位１ｂｉｔ。

ＰＣ機向單片機發(fā)送的信息包包括數據信息包和控制信息包。數據信息包結構為：以"Ｓ"字符開(kāi)頭，其后為２２字節的１６進(jìn)制數。發(fā)送時(shí)按ＡＳＣＩＩ碼格式（文本格式）發(fā)送，實(shí)際發(fā)送４４個(gè)ＡＳＣＩＩ碼。下位機正確收到后，向ＰＣ機發(fā)"Ｋ"作為確認應答信號。若在規定的時(shí)間內，ＰＣ機未收到"Ｋ"信號，則重發(fā)。若三次未成功，則在屏幕上給出顯示信息。ＰＣ機必須保證４４個(gè)ＡＳＣＩＩ碼的包長(cháng)度，以免系統誤動(dòng)?？刂菩畔Y構為：以大寫(xiě)"Ｏ"開(kāi)始，其后為單字節１６進(jìn)制數的控制字，實(shí)際發(fā)送兩個(gè)字節ＡＳＣＩＩ碼，也是以"Ｋ"作為應答信號，采用等比碼３／８。發(fā)送時(shí)高位在前，低位在后。

ＰＣ機從單片機接收的信息包結構的主要內容為數據信息和狀態(tài)信號，且數據信息和狀態(tài)信息被同時(shí)發(fā)送。該信息包以"Ｓ"開(kāi)頭，其后為３２個(gè)１位１６進(jìn)制數的ＡＳＣＩＩ碼，以"Ｋ"作為結束信號。若ＰＣ機收到單片機發(fā)來(lái)的完整信息包，則有屏幕提示，指示用戶(hù)進(jìn)行操作。

以上的信息由雙字節數、單字節數混合構成，信息包的頭與尾均采用非十六進(jìn)制的ＡＳＣＩＩ碼字符，以示區分。接收方則按照協(xié)議雙方規定的算法進(jìn)行解包，發(fā)送方按照雙方規定的數據結構組包。

３ 下位機的主要組成模塊及設計思想

３．１ 通信模塊

通信模塊的硬件組成由于僅使用了一片ＭＡＸ２３２完成電平的轉換功能而變得較為簡(jiǎn)單，免去了一般芯片使用±１２Ｖ～１５Ｖ電壓帶來(lái)的麻煩，而且與ＰＣ機的連接方式是最為簡(jiǎn)單的，不需要進(jìn)行硬握手，大量的工作都由軟件完成。 其主要程序設計方法如下：

①下位機接收ＰＣ機發(fā)送的數據包，以中斷方式（且設置為高級中斷）來(lái)接收，以滿(mǎn)足通信的實(shí)時(shí)性要求。這里僅是觸發(fā)接收中斷服務(wù)程序的執行并且接收首字節，一旦進(jìn)入該中斷程序后，就用程序查詢(xún)的方法來(lái)接收剩余的字節。接收標志ＲＩ是硬件置位、軟件復位的，因此每接收完一個(gè)字節后，需執行指令ＣＬＲ ＲＩ。接收完數據后，按協(xié)議規定對數據進(jìn)行解碼和驗證，并向ＰＣ機返回驗證信息。②下位機向ＰＣ機發(fā)送運行狀態(tài)信息的子程序是根據程序工作過(guò)程的需要而調用的。在調用過(guò)程中為保證程序邏輯的清晰性，使ＣＰＵ關(guān)中斷，利用程序查詢(xún)發(fā)送標志ＴＩ（ＴＩ的使用同ＲＩ相似），按協(xié)議要求進(jìn)行數據變換并發(fā)送完整個(gè)信息包，再使ＣＰＵ開(kāi)中斷，整個(gè)程序執行完畢。 ３．２ 步進(jìn)電機控制模塊

步進(jìn)電機是機電一體化產(chǎn)品中重要的執行元件之一。對于三相反應式步進(jìn)電機，其工作方式分為兩種。本系統選用三相單、雙六拍通電方式，這種方式不容易失步，在轉子平衡位置附近不易產(chǎn)生振蕩，運行的穩定性較好，而且控制的精度也提高了一倍。為使步進(jìn)電機的運行更平穩，控制精度更高，系統采用了具有細分的步進(jìn)電機驅動(dòng)器來(lái)控制。步進(jìn)電機的轉速取決于步進(jìn)脈沖序列的頻率。其硬件接口電路如圖２所示。圖中只是Ｘ軸左側步進(jìn)電機的連接示意圖，其余電機的連接方式與圖中相似，但使用８１５５Ａ其它的引腳。步進(jìn)電機驅動(dòng)器的ＣＰ＋和ＣＰ－是步進(jìn)脈沖輸入端，Ｕ／Ｄ＋和Ｕ／Ｄ－是方向控制輸入端，ＰＤ＋和ＰＤ－為脫機控制輸入端（本系統未使用），且各具有光電隔離電路，有利于實(shí)現系統工作的安全性和可靠性，連線(xiàn)采用共陽(yáng)極接法是因為邏輯電路的灌電流負載能力通常大于拉電流負載能力；ＤＣ和ＧＮＤ為電源接線(xiàn)端，要求為直流２０～６０Ｖ，電流為４Ａ；輸出端Ａ＋和Ａ－、Ｂ＋和Ｂ－、Ｃ＋和Ｃ－分別與步進(jìn)電機Ａ、Ｂ、Ｃ三相引出線(xiàn)對應連接。對步進(jìn)電機的控制主要有邏輯控制和速度控制。

邏輯控制包括電機旋轉方向控制和發(fā)送步進(jìn)脈沖序列。由于訪(fǎng)問(wèn)８１５５的ＰＡ口和ＰＢ口需以字節方式進(jìn)行，因此根據旋轉方向控制和步進(jìn)脈沖序列發(fā)送的需要，組成邏輯置位和復位兩個(gè)控制字，交替地輸出到對應的端口，即可實(shí)現對電機旋轉的控制。系統最多控制兩個(gè)電機同時(shí)工作，共有１６個(gè)控制字。具體的編程思想是：脈沖數經(jīng)步進(jìn)角到角位移，再經(jīng)絲杠到線(xiàn)位移，即可實(shí)現脈沖數正比于線(xiàn)位移。

速度控制是通過(guò)在置位和復位兩個(gè)控制字交替輸出期間插入延時(shí)子程序而實(shí)現的，所以速度的快慢是由延時(shí)子程序的執行時(shí)間決定的。在本系統的電機工作的低速區，非焊接運行時(shí)控制線(xiàn)速為４ｍｍ／ｓ；焊接運行時(shí)線(xiàn)速為１～８ｍｍ／ｓ，由ＰＣ機根據需要實(shí)時(shí)控制。

３．３ ＰＷＭ模塊

為滿(mǎn)足ＩＣ芯片縫焊的技術(shù)條件，要求焊接過(guò)程的功率加載是間歇的，為此設計了ＰＷＭ脈沖寬度調制模塊，以實(shí)現對功率的間歇控制。圖３是本模塊的電路組成。核心器件為ＳＧ３５２４，它的輸出為周期脈沖序列，其周期受ＲＴ、ＣＴ端對地的接入電阻ＲＴ和接入電容ＣＴ的控制，周期Ｔ＝０．７７ＲＴ×ＣＴ，所以在此串入數字電位器Ｘ９Ｃ１０４用以實(shí)現對Ｔ的控制。按圖中數字電位器的使用方法，則其電阻Ｒ的表達式為：Ｒ＝（９９－ｎ）×１００ｋΩ，其中ｎ是通過(guò)編程進(jìn)行控制的。ＳＧ３５２４的輸出信號的占空比由Ｄ／Ａ轉換電路通過(guò)編程控制。本系統實(shí)現了Ｔ＝４０ｍｓ～８０ｍｓ，占空比為０～１００％，由上位機控制。

３．４ 焊接功率控制模塊

焊接功率的控制實(shí)際上是通過(guò)控制輸出電壓來(lái)間接實(shí)現的。由單片機輸出數字信號到ＤＡＣ０８３２進(jìn)行數／模轉換，轉換的結果經(jīng)ＳＧ３５２４控制的模擬開(kāi)關(guān)后，再控制固態(tài)調壓模塊ＥＶＵ-４０Ａ，使其輸出的交流電壓與輸入的數字信號成線(xiàn)性比例。將輸出電壓接至焊接變壓器，轉換為低電壓高電流加到焊接電極，通過(guò)產(chǎn)生高溫對ＩＣ芯片進(jìn)行縫焊。實(shí)現電路如圖４所示。另外由于ＥＶＵ-４０Ａ調壓模塊在實(shí)際運用過(guò)程中存在殘留電壓，致使在調節焊接參數時(shí)電極焊輪出現打火現象，致使不必要的損失，因此在調壓模塊的輸入回路串接交流固態(tài)繼電器ＧＪＨ２５-Ｗ進(jìn)行阻斷。

對焊接功率模塊控制的編程方法如下：?jiǎn)纹瑱C接收上位機的功率控制信息并寫(xiě)入地址為６０００Ｈ的ＤＡＣ０８３２芯片，同時(shí)ＧＪＨ２５－Ｗ送有效控制信號使其導通，焊接電極就有相應的功率輸出，進(jìn)行縫焊。不進(jìn)行焊接時(shí)，使ＧＪＨ２５－Ｗ截止，同時(shí)向ＤＡＣ０８３２發(fā)送０ＦＦＨ，實(shí)現焊接完全可靠的斷開(kāi)。

４ 實(shí)驗測試結果

Ｘ、Ｙ軸絲杠的線(xiàn)位移／角位移＝４ｍｍ／３６０度，Ｚ軸絲杠的線(xiàn)位移／角位移＝１．５ｍｍ／３６０度，步進(jìn)角均為０．３６度。實(shí)驗方法是：利用計算機發(fā)送脈沖數并計算理論值，用千分尺實(shí)際測量并計算絕對誤差值（見(jiàn)表１）。分析結果滿(mǎn)足設計要求。