Самонастраивающаяся система управления ультразвуковой сваркой

 

САМОНАСТРАИВАККЦДЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЭВУКСШОЙ СВАРКОЙ, содержащая последовательно соединенные электромеханический возбудитель вибраций, экспоненциальный концентратор вибраций, датчик вибраций, усилитель с управляемьил усилением и ультразвуковой генератор, второй вход усилителя с управляемым усилением соединен с выходом сравниваюцего элемента, о тлич:аювдаяс я .тем, что, с целью расширения функционгшьных возможнсютей и повышения точности-, она содеЕякит последовательно соединенные дифференцирующее звено, триггер, ключ, счетчик импульсов , преобразователь кода в напряжение , модулятор длительности импульсов , коммутатор, усилитель, детектор и усилитель с ограничением, подключенный выходсм к второму входу ключа, выход дифференцирующего звена подключен к второму входу счетчика импульсов, а вход - к выходу мсздулятора , коммутатор подключен вторым входом к выходу у.5ьтразвукового генератора , третьим входом - к второму &) выходу электромеханического возбудителя у ибраций, а вторым выходом к входу электромеханического возбу-«дителя вибраций, причем экспоненциальный концентратор вибраций выполнен с, витыми канавками, связанными 1 перемычкой подобно сверлу. 00 со со

0% Oh

СОЮЭ СОВЕТСКИХ вив

РЕСПУБЛИК

gm а 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ к ввтсвсвввт свисвтвъствт (21) 3266668/18-24 (22) 30.03. 81 (46) 30.03 83. Бюл. 9 12 (72) Г.И. Должич, Г.Г. Палагнюк и В.Г. Бегун (71) Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институт .сельскохозяйственного машиностроения (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Марков A.È. Ультразвуковая обработка материалов. М., Машиностроение, 1980..

2. Патент ЧССР 9 1132125 кл. Н 02 К 35/02; опублик. 1966 (прототип). (54)(57} САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСтЕИА

УПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКО8 содержащая последовательно соединенные электромеханический возбудитель вибраций, экспоненциальный концентратор вибраций, датчик вибраций, усилитель с управляемым усилением и ультразвуковой генератор, второй вход усилителя с управляемым усилением соединен с выходом сравниваищего элемента, о т л и ч а в щ а я с я .тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности; она содержит последовательно соединенные дифференцирумщее звено, триггер., ключ, счетчик импульсов, преобразователь кода в напряжение, модулятор длительности импульсов, коммутатор, усилитель, детектор и усилитель с ограничением, подключенный выходом к второму входу ключа, выход дифференцирующего звена подключен к второму входу счетчика импульсов, а вход — к выходу модулятора, коммутатор подключен вторым входом к выходу ультразвукового ге- щ нератора, третьим входом — к второму выходу электромеханического возбудителя вибраций, а вторым выходом— к вхсщу электромеханического возбу-дителя вибраций, причем экспоненциальный концентратор вибраций выполнен с витыми канавками, связанными перемычкой подобно сверлу.

1008699

Поставленная цель достигается тем, что система содержит последовательно соединенные дифференцирующее звено, триггер, ключ, счетчик импульсов, преобразователь кода в напряжение, модулятор длительности импульсов, коммутатор, усилитель, детектор и усилитель с ограничением, подключенный выходом к второму входу ключа, выход дифференцирующего звена подключен к второму входу счетчика импульсов, а вход — к выходу модулятора длительности импульсов и к входу сравнивающего элемента, коммутатор подключен вторым входом к выходу 60 ультразвукового генератора, третьим входом — к второму выходу электромеханического возбудителя вибраций, а вторым выходом — к входу электромеханического возбудителя нибраций, при- 65

50

Изобретение относится к самонастраивающимся системам и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для сварки пластических масс, а также в медицине, в частности, для проведения ннутриглазных операций.

Известно устройство для ультразвуковой сварки и резания металлов, содержащее ультразвуковой генератор с системой стабилизации частоты и (0 амплитуды колебаний, ультразвуковой возбудитель вибраций, концентратор вибраций, заканчивающийся специальным нолнонодным инструментом (1) .

Недостаток изнестного устройства- 35 отсутствие в нем системы автоматического регулирования мощности колебаний, что ограничивает его применение в тех случаях, когда требуется обеспечить заданный температурный 20 режим и зоне сварки при отсутствии возможности прямого контроля температуры.

Наиболее близкой к предлагаемой является самонастраивающаяся сИстема 75 управления для ультразвуковой сварки и резания, содержащая последователь-, но соединенные электромеханический возбудитель вибраций, экспоненциальный концентратор вибраций, датчик вибраций, усилитель с управляемым усилением и ультразвуковой генератор, второй вход усилителя с управляемым усилением соединен с выходом сравнивающего элемента (2) .

К недостаткам известной системы относятся невозможность автоматической регулировки заданной температуры в зоне сварки и недостаточная точность поддержания уровня мощности колебаний при изменении акустической 40 нагрузки, создаваемой изменением свойств сваринаемых материалов.

Цель изобретения — расширение функциональных нозможностей и повышение точности системы. 45 чем экспоненциальный концентратор выполнен с витыми. канавками, связанными перемычкой подобно сверлу.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 блок-схема ультразвукового генератора; на фиг.3 — блок-схема модулятора длительности импульсов; на фиг.4 диаграммы напряжений на выходе блоков системы; на фиг.5 — графики зависимости температуры от длительности воздействия колебаний.на свариваемый материал для различных (четырех) величин усилия прижатия концентратора к материалу; на фиг.6 экспоненциальный концентратор вибраI ций и графики распределения ультразвуковых колебаний по его длине.

Система (Фиг. 1) содержит сравнивающий элемент 1, электромеханический возбудитель 2 вибраций (ЭВВ), экспоненциальный концентратор 3 вибраций (ЭКВ), датчик 4 вибраций, усилитель

5.с управляемым усилением, ультразвуковой генератор (V31) 6, дифференцирующее звено 7, триггер 8, ключ. 9, счетчик 10 импульсов, преобразователь

) 1 кода и напряжение, модулятор 12 длительности импульсов (МДИ), ком-мутатор 13, усилитель. 14, детектор

15, усилитель 16 с ограничением.

Ультразвуковой генератор 6 включает стабилизатор 17 частоты и амплитуды, задающий генератор 18, усилитель 19 с регулируемым усилением и усилитель 20 мощности.

Модулятор 12 длительностей импульсов содержит задатчик 21 периода воздействия вибраций, сравнивающее устройство 22, сумматор 23,. релейный элемент 24, генератор 25 пилообразных импульсов.

Экспоненциальный концентратор 3 вибраций имеет канавки, связанные перемычкой подобно сверлу, что обеспечивает наряду с усилением вибраций, создаваемых возбудителем 2 вибраций, преобразование продольных колебаний н комплексные с.существенным преобладанием крутильной состанляющей или чисто крутильные, которые позволяют полностью устранить кавитационные явления в жидкой или полу-. жидкой среде, что принципиально важно при использовании устройства в медицине,,и повысить эффективность сварки.

Датчик 4 вибраций устанонлен в узловой точке экспоненциального концентратора 3 (фиг.б) и измеряет амплитуду продольной составляющей комплексных колебаний последнего.

Система работает следующим образом.

На второй вход сравнивающего элемента 1 подается задающее воздействие, ранное длительности, рабочего. цикла сварки T (фиг.4), при этом вы1008699 ходным сигналом сравнивающего элемента 1 через усилитель 5 включается

УЗГ 6 в режиме возбуждения колебаний малой мощности. Эти колебания (U< ) проходят через коммутатор 13 в периоды, задаваемые МДИ 12, и воздействуют на ЭВВ 2 ° В результате свободный конец ЭКВ 3 совершает колебания малой амплитуды (2-5 мкм). р случае отсутствия нагрузки на

ЭКВ 3 волновое распределение колеба- 10 ний по его длине соответствует графику Q (фиг.б). При прижатии к свариваемому материалу свободного конца

ЭКВЗ происходит перераспределение ультразвуковых колебаний по длине 15

ЭКВ 3, при этом распределение их узлов и пучностей соответствует, например, графику б (фиг. 6). Смещение узловых точек приводит к появлению

1 на выходе датчика 4 сигнала, пропор- у0 ционального, например, амплитуде Ag колебаний в точке установки датчика

4 на ЭКВ 3. Этот сигнал, поступая на первый вход усилителя 5, вызывает ступенчатое увеличение коэффициента усиления, что обеспечивает увеличение мощности колебаний УЗГ 6 до уровня порядка 25-40 мкм.

По истечении длительности . пря( моугольного импульса воздействия вибраций уровень выходного сигнала

01 МДИ 1? понижается, чем обеспечивается отключение в коммутаторе 13 второго входа от второго выхода и подключение третьего входа коммутатора к первому выходу. С этого момента начинается период измерения затухания свободных колебаний механической системы, состоящей из

ЭВВ 2, ЭКВ 3 и свариваемого материала, Затухание свободных колебаний 40

U; характеризуется числом их периодов . Цепь для измерения числа периодов состоит из последовательно соединенных блоков 14, 15, 16, 9, 10 н

11 ° Управление подачей импульсов на 45 счетчик 10 осуществляется ключом 9, разрешение на включение которого и на включение счетчика 10 формируется дифференцирующим звеном 7 и триггером 8. В режиме измерения свободных колебаний роль датчика этих колебаний выполняет ЭВВ 2. При этом электрический сигнал П2 с второго выхода

ЭВВ 2 поступает на третий вход коммутатора и передается им на первый выход. Сигнал U > поступает на вход

1 цепи измерения числа периодов свободных колебаний, в которой он усиливается, детектируется (U g ), преобразуется в прямоугольные импульсы (U<6 ), которые через ключ 9 поступают на первый вход счетчика 10 °

Счетчик 10 подсчитывает количество прямоугольных импульсов в двоичнодесятичном коде, а преобразователь

11 переводит этот код в аналоГовое напряжение U@ . Количество периодов свободных колебаний зависит от физико-механических свойств свариваемого материала и от .величины прижатия

ЭКВ 3 к материалу. С увеличением усилия прижатия количество периодов свободных колебаний уменьшается и длительность затухания становится меньше периода измерения, задаваемого МДИ 12 в данном такте. Для.стабилизации интенсивности тепловыделения в зоне контакта при вариации усилия прижатия зонда следующий такт работы генератора 25 корректируется (увеличивается или уменьшается в зависимости от изменения величины прижатия величина последующего полупериода воздействия мощных ультразвуковых колебаний) . Это обеспечивается тем, что с уменьшением числа импулвюов в счетчике 10 при увеличении усилия прижатия увеличивается выходной сигнал на выходе сравнивающего УСтройства 22, поэтому уменьшаются дли- тельность срабатывания релейного элемента 24 и, следовательно, период воздействия УЗГ б на ЭВВ 2.

Указанные процессы возбуждения ультразвуковых мощных колебаний и измерения затухания свободных колебаний повторяются и корректируются в каждом такте работы МДИ 12.

Количество требуемых тактов уста- в навлнвается от требуемой температуры спая и усилия прижатия ЭКВ 3 к свариваемому материалу.

Требуемая продолжительность Т ра боты системы сравнивается в сравнивающем устройстве 1 с действительным количеством тактов работы системы.

При равенстве требуемого и действительного количеств тактов выходной сигнал сравнивающего элемента 1 обнуляется, что вызывает обнуление выходного сигнала усилителя 5 и приводит к выключению УЗГ б и к окончанию процесса сварки. !

Таким образом, автоматическое управление длительностью возбуждения вибраций обеспечивает достижение заданной температуры спая без непосредственного ее контроля, а регулировка в каждом такте длительности возбуждения вибраций увеличивает точность достижения заданной температуры спая, т,е. повышается точность работы предлагаемой системы.

1008699

1008б99

140

Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеиий и отКрытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 2335/57

Филиал ППП Патент,, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Нефедов

Редактор А ° Лежнииа Техред T.Маточка корректор А.Гриценко