Ультразвуковое излучающее устройство

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТ

Союз Советских

Социалистических

Республик

18 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27. 07. 81 (21)- 3328831/ с присоединением заявки ¹

1/06 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

21.313.

/3(088.8) Опубликовано 28Ю2.83. Бюллетень

Дата опубликования описания 28 у, ° „, с . I

В.М.Колешко, В.Я.Сунка, В.П.Степ Нов и Ю В„:З ьхароф (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт электродинамики AH Белорусской CCP (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относятся к электроннай технике и может быть использовано, в частности, в качестве высокостабильных источников питания в прецизионных установках для ультразвуковой обработки материалов.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий переходной слой, рабочий и согласующий пьезоэлементы и демпфер, при этом для регулирования формы АЧХ механических колебаний вспомогательный пьезоэлемент шунтирован параллельно соединенными индуктивностью и активным резис. тором $1).

Недостатком устройства является малая степень регулирования формы

АЧХ сложной ультразвуковой колебательной системы УЗКС, состоящей из пьезокерамических преобразователей, пассивной накладки и активной накладки, включающей переходной стержень, концентратор и деформирующий инструмент, из-за большой эквивалентно колеблющейся массы активной накладки.

Известно ультразвуковое излучающее устройство, содержащее пьезопреобразователь, регулируемую индуктив, ность, генератор электрического напряжения, управляющий каскад, трансформатор тока и блок эталонного на-, пряжения. Это устройство имеет расширенный диапазон частот, в пределах которого обеспечиваются ультразвуковые колебания постоянной амплитуды за счет регулирования величины электрического напряжения генератора. При этом в качестве параметра, по которому косвенно судят о величине механических колебаний, выступает электрический ток (2).

Однако для сложных ультразвуковых колебательных систем (преобразователь, аогласующий элемент, концентратор и деформирующий инструмент) строгого соответствия между

АЧХ потребляемого тока и АЧХ механических колебаний концентратора (инструмента) не существует. В связи с этим эффективность частотной настройки потребляемого тока существенно снижается.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ультразвуковое излучающее устройство, содержащее последовательно соединенные генератор модуляционного сигнала, задающий генератор с частотной модуляцией и усилитель, а также

1000118 преобразователь, сумматор и цепь обратной связи, включающую фазовый детектор, усилители и ограничители, коммутаторы и интегратор f 3).

Это устройство служит для согласования по величине частотных спектров генератора и широкополосного преобразователя. Однако широкополосные преОбразователи не всегда имеют допустимую равномерность АЧХ механических колебаний в полосе пропускания.

В связи с этим требуется проводить дополнительные меры для выравнивания АЧХ механических колебаний.

Перечисленные недостатки известных устройств не дают возможности 15 обеспечить высокое качество микросварки.

Цель изобретения — повышение качестна микроснарки путем повышения стабильности ультразвукового устройст-20 ва.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены преобразователь напряжение — сопротинление, перестраиваемая индуктивность, 25 два пиковых детектора, детектор минимума, три схемы сравнения, источник постоянного напряжения и датчик колебаний, расположенный на рабочем кон-, це преобразователя, причем выход дат- 30 чика колебаний соединен с входами двух пиковых детекторов и детектора минимума, выход первого пикового детектора и первый выход детектора минимума соединены с входами первой схемы сравнения, выход второго пикового детектора и второй выход детектора минимума соединены с входами второй схемы сравнения, выходы первой и второй схем сравнения соединены с входами сумматора, выход которого 40 соединен с первым входом третьей схемы сравнения, к второму входу которой подсоединен источник постоянного напряжения, выход третьей схемы сравнения соединен с первым входом пре- 45 образователя напряжение — сопротивление, второй вход которого подсоединен к усилителю, а выход через перестраиваемую индуктивность подсоединен к преобразователю. 50

На фиг. 1 представлена полная схема предлагаемого устройств а; на фиг. 2 — упрощенная эквивалентная электрическая схема э.амещения УЗКС,, на фиг. 3 — АЧХ механических колебаний сварочного инструмента УЗКС.

Ультразвуковой генератор состоит из задающего генератора 1 с частотной модуляцией, генератора 2 модуляционного сигнала, усилителя 3 мощнос-60 ти, имеющего низкое выходное сопротивление, цепи обратной связи и нагрузки. На выходе усилителя 3 включены последовательно соединенные преобраэователь напряжение — сопротивление 5

4, перестраиваемая индуктивность 5 и пьезокерамический составной преобразонатель 6 с концентратором 7 и деформирующим инструментом 8, создающим давление на сваривае»ые детали

9. В области пучности механических колебаний торца концентратора закреплен пьезодатчик 10 механических колебаний, соединенный с входом блока 11 управления. Кроме того, на фиг. 1 показаны входящие в блок 11 управле ния отдельные схемы: пиковые детекто ры 12 и 13, измеряющие максимум амплитуды механических колебаний на частотах соответственно Е, и Й», детектор минимума 14, измеряю- ий минимум амплитуды механических колебаний на частоте fÏ > первая 15 и вторая 16 схемы сравнения; сумматор 17, источник 18 эталойного напряжения и третья схема 19 сравнения, выход которой соединен с управляющим входом преобразователя 4 напряжение — сопротивление. ультразвуковое устройстно работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 с частотной модуляцией, усиленное усилителем

3, подается на пьезокерамический составной преобразователь 6 через преобразователь напряжение — сопротивление 4 и перестраиваемую индуктивность 5. Электрическое напряжение преобразуется в механические колебания, которые усиливаются концентратором 7, и вводится н зону микросварки 9 с помощью деформирующего инструмента 8. Частотная зависимость амплитуды механических колебаний снимается с датчика 10 и для системы электромеханически связанных контуров в области ее резонансных частот связи

f« и f«, имеет М-образный вид (фиг. 3, поэ. 21). При этом в самом общем случае амплитуды механических колебаний на частотах связи Г,, Г>>>, с одной стороны, и на частоте связи

f«, с другой стороны, не равны между собой. Это различие в амплитудах зависит от режимов эксплуатации — вы:лета рабочей части деформирующего инструмента, потребляемой преобраэо>нателем мощности, изменения режимов работы выходных каскадов (т.е. изменение внутреннего выходного сопротивления Вр генератора; фиг. 2 ) и т.д.

Значительное различие в амплитудах механических колебаний на частотах связи ведет к изменению выходных механических параметров инструмента 8 при работе задающего генератора на фиксированной частоте f = fÄ. Для повышения равномерности АЧХ механичес. ких колебаний широкополосной системы электромеханически связанных контуров, регулируется сопротивление Rð преобразователя 4 напряжение - сопротивле100011 8 ние, включенное в цепь электрического контура. Величина регулировки этого сопротивления должна охватывать пределы от 0,1 Zn „ao па » где Z>ìù минимум входного импедайса преобразон ателя 6. 5

Автоматическое изменение последовательного сопротивления Вп преобразователя 4 напряжение — сопротивление позволяет регулировать добротность электромеханически связанных контуров. При этом происходит регулиронание только амплитуды механических колебаний на частотах связи

И f«1 °

Опишем более подробно работу этого устройства.

Для анализа равномерности АЧХ механических колебаний в области расфиренной полосы служат три детектора, три схемы сравнения, сумматор 17 и источник 18 эталонного напряжения.Два пиковых детектора 12 и 13 при прокачке частоты служат для запоминания максимального значения амплитуды механических колебаний соответственно на частотах связи Е„и f», (фиг. 3, поз. 21 а.детектор минимума 14 служит для запоминания минимального значения амплитуды механических колебаний по частоте й, (фиг. 3, поз. 21) .

Выход первого пикового детектора

12 для определения максимума амплитуды на частоте f, а также выход детектора минимума 14 для определения амплитуды механических колебаний на . частоте f» соединены с входами первой схемы 18 сравнения. В данной схеме происходит сравнение электрических напряжений, пропорциональных амплитудам механических колебаний на.частотах f и ft». Выходное 40 напряжение первой схем 15 сравнения, пропорциональное разности амплитуд на частотах й, и й», подается затем на вход сумматора 17.

Для определения разности амплитуд 45 механических колебаний на частотах снязи f» и fù используется второй пиковый детектор 13 и детектор 14 минимума. В этом случае напряжение с выхода детектора минимума 14, пропор-50 циональное амплитуде механических колебаний на частоте связи f», подается на один из входов второй схемы 16 сравнения. Напряжение с выхода второго пикового детектора 13, пропорциональное амплитуде механических колебаний на частоте связи f«,(фиг. 3, поз. 21), подается на другой вход второй схемы 16 сравнения. В результате сраннения напряжений, поступающих на входы второй схемы 16 сравне-60 ния, на ее выходе вырабатывается напряжение, равное разности этих напряжений, т.е ° пропорциональное разности амплитуд механических колеба ний на частотах f» и 65

Таким образом, на выходе первсй схемы 15 сравнения присутствует напряжение, пропорциональное разности амплитуд механических колебаний на частотах f и f», а на выходе второй схемы 16 сравнения присутствует напряжение, пропорциональное разности механических колебаний на частотах и й», В дальнейшем выходные напряжения первой и второй схемы сравнения подаются на сумматор 17, где они складываются, а затем суммарное напряжение подается на первый вход третьей схемы 21 сравнения. Таким образом устраняется возможный перекос АЧХ механических колебаний на часто ах связи

Е и Е»,(фиг. 2, поз.2з.) . На другой вход третьей схемы 21 сравнения подается напряжение эталонного источника

18 напряжения, пропорциональное уста;нонленной оператором величине допус тимой неравномерности АЧХ механичес ких колебаний, т.е. допустимой разности амплитуд механических колебаний на частотах f< и f» или f„ и f» .

Выходное напряжение третьей схемы

21 сравнения равно разности напряжений, поступивших на ее вход, т.е. про порционально разности между реальной неравномерностью АЧХ мехачических колебаний и допустимой неравномерностью АЧХ механических колебаний, установленных априорно оператором. Выходное напряжение третьей схемы 21 сравнения подается на управляющий нход преобразователя 4 напряжение — сопротивление. При этом автоматически изменяется величина добротности электрического контура, вследствие чего изменяется величина пиков амплитуды механических колебаний на частотах связи f и

Происходит безусловно иЗменение амплитуды механических колебаний и на частоте связи f» .

На фиг. 3 позицйей 20 представлена АЧХ механических колебаний колебательной системы .без перестраиваемой индуктивности 7, позицией 21 нескорректированная АЧХ механических колебаний колебательной системы при наличии индуктивности 7, т.е. при образовании системы электромеханически связанных контуров, а позицией

22 представлена скорректированная АЧХ механических колебаний системы электромеханически:связанных контуров при помощи преобразователя б напряжение сопротивление.

Формула изобретения

Ультразвуковое излучакщее устройство, содержащее последовательно соединенные генератор модуляционного сигнала, задающий генератор с

1 000118

ВНИИПИ Заказ 1221/7 Тираж 490 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 частотной модуляцией и усилитель, а также сумматор и преобразователь, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения стабильности, в него введены преобразователь напряжение — сопротивление, перестраиваемая индуктивность, два пиковых детектора, детектор минимума, три схемы сравнения, источник постоянного напряжения и датчик колебаний, расположенный на рабочем конце преобразователя, причем выход датчика колебаний соединен с входами двух пико-. вых детекторов и детектора минимума, выход первого пикового детектора и первый выход детектора минимума со- 15 единены с входами первой с .емы сравнения, выход второго пиковОго детектора и второй выход детектора минимума соединены с входами второй схемы сравнения, выходы первой и второй щ схем сравнения соединены с входами сумматора, выход которого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, к второму входу которой подсоединен источник постоянного напряжения, выход третьей схемы сравнения соединен с первым входом преобразо:вателя напряжение — сопротивление, которой вход которого подсоединен к усилителю, а выход через перестраиваемую индуктивность подсоединен к преобразователю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 394113, кл. В 06 В 1/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 466916, кл. В 06 В 1/06, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 517328, кл. В 06 В 1/02, 1976 (прототип ) .