Вибрационное устройство для перемещения малогабаритных объектов
1. ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ , содержащее несу1ций с амортизатором орган в виде составного концентратора с жеетко закрепленным на его тдрце широкополосным преобразователем , подключенным к широкополосному усилителю, блок управления, соединенный с цепочкой из последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым широкополосным преобразователем , жестко закрепленным на другом торце несущего органа, двумя фазовращателями , вторым широкополосным усилителем , дополнительной цепочкой из последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора,причем задающие генераторы обеих цепочек соединены через фазовращатели с широкополосными усилителями , один из входов каждого фазовра- 5 щателя соединен с соответствующим (Л выходом блока управления, один из выходов которого соединен с входом второго генератора функционального напряжения, а выход второго широкополосного усилителя соединен с вторым широкополосным преобразователем.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (I9) SU(11I
4(sl> В 65 G 27/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3511073/27-03 (22) 12.11.82 (46) 07.04.85. Бюл. В 13 (72) В.М.Колешко, О.В.Виноградов и В.Я.Сунка (71) Институт электроники АН Белорусской CCP (53) 621.867(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
HR 565004, кл. В 65 G 27/00, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2997693/03, кл. В 65 с 27/00, 1982. (54) (57) 1. ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТ0В, содержащее несущий с амортизатором орган в виде составного концентратора с жестко закрепленным на его торце широкополосным преобразователем, подключенным к широкополосно- му усилителю, блок управления, соединенный с цепочкой иэ последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым широкополосным преобразователем, жестко закрепленным на другом торце несущего органа, двумя фазовращателями, вторым широкополосным усилителем, дополнительной цепочкэй из последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора, причем задающие генераторы обеих цепочек соединены через фазовращатели с широкополосными усилителями, один иэ входов каждого фазовращателя соединен с соответствующим выходом блока управления, один из выходов которого соединен с входом второго генератора функционального напряжения, а выход второго широкополосного усилителя соединен с вторым широкополосным преобразователем.
2. Устройство по п. 1, о т л ич а о щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде блока ввода, регистра изменения частоты, счетчика команд, генератора тактовых импульсов, регистра изменения фазы, двух сумматоров кодов приращения частоты, двух сумматоров кодов изменения фазы, восьми элементов И, причем блок ввода соединен со счетчиком команд, с регистром изменения частоты, с регистром изменения фазы и с одними из входов элементов И, один из выходов счетчика команд соединен с одним из
1 входов регистра изменения частоты и регистра изменения фазы, два другил
48820 выхода соединены с сумматорами кодов изменения фазы, входы сумматоров кодов приращения частоты соединены с выходом регистра изменения частоты, входы сумматоров кодов изменения фазы соединены с выходом регистра изменения фазы, выход генератора тактовых импульсов соединен с одним из входов счетчика команд, а выходы сумматоров кодов приращения частоты и сумматоров кодов. изменения фазы соединены с входами соответ. ствующих элементов И, выходы которых объединены попарно и являются выходами блока управления.
Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано для точного и плавного перемещения мелких штучных изделий.
Известно устройство вибрационного % транспортирования объектов, содержащее несущий орган, к которому с обеих сторон симметрично прикреплены высокочастотные пьезокерамические вибраторы, подключенные к генератору тока высокой частоты посредством фаэосдвигающнх цепей, à несущий орган установлен на регулируемых амортизаторах. При этом напротив лежащие высокочастотные вибраторы воэ- 15 буждаются электрическим напряжением синфазно. При частоте питающего тока, соответствующей частоте продольного резонанса несущего органа, возбуждаются продольные бегущие ультра- 20 звуковые волны, которые транспортируют перемещаемый объект. Изменение направления перемещения объекта осуществляется изменением направления распространения волн (1) .
Однако устройство не обеспечивает высокой точности перемещения малогабаритных изделий.
Известно вибрационное устройство для перемещения малогабаритных объек- 30 тов, содержащее несущий с амортиза.— тором орган в виде составного концентратора с жестко закрепленным на его торце широкополосным преобраэователем, подключенным к широкополосному усилителю, блок управления, соединенный с цепочкой нз последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора (2) .
Однако известное устройство не обеспечивает необходимой точности перемещения малогабаритных объектов (микроэлементов).
Цель изобретения — повышение точности перемещения малогабаритных объектов °
Поставленная цель достигается тем, что вибрационное устройство для перемещения малогабаритных объектов, содержащее несущий с амортизатором орган в виде составного кон1 центратора с жестко закрепленным на его торце широкополосным преобразователем, подключенным к широкополосному усилителю, блок управления, сое.диненный с цепочкой из последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего генератора,.снаб жен вторым широкополосным преобразователем, жестко закрепленным на другом торце несущего органа, двумя фазовращателями, вторым широкополосным усилителем, дополнительной цепочкой из последовательно соединенных генератора функционального напряжения, частотного модулятора и задающего
1148820 4 генератора, причем задающие генераторы обеих цепочек соединены через фазовращатели с широкополосными усилителями, один из входов каждого фазовращателя соединен с соответст- 5 вующим выходом блока управления, один из выходов которого соединен с входом второго генератора функционального напряжения, а выход второго широкополосного усилителя соединен с вторым широкополосным преобразователем.
Блок управления выполнен в виде блока ввода, регистра изменения частоты, счетчика команд, генератора 15 тактовых импульсов, регистра изменения фазы, двух сумматоров кодов приращения частоты, двух сумматоров кодов изменения фазы, восьми элемен тов И, причем блок ввода соединен со 20 счетчиком команд, с регистром изменения частоты, с регистром изменения фазы и с одними из входов элементов И, один иэ выходов счетчика команд соединен с одним из входов регистра 35 изменения частоты и регистра изменения фазы, два других выхода соединены с сумматорами кодов приращения частоты изменения фазы, входы сумматоров кодов соединены с выходом реги-3(} стра изменения частоты., входы сумматоров кодов изменения фазы соединены с выходом регистра изменения фазы, выход генератора тактовых импульсов соединен. с одним из входов счетчика команд, а выходы сумматоров кодов приращения частоты и сумматоров кодов изменения фазы соединены с входами соответствующих элементов И, выходы которых объединены попарно и являются выходами блока управления.
На фиг. 1 изображено устройство; на фиг. 2 — колебательная система устройства, вид сверху; на фиг. 3 функциональная схема блока управления.
Устройство содержит несущий орган 1 с продольным пазом 2, в котором размещен перемещаемый объект 3, амортизаторы 4, широкополосные преобраэо-gg ватели 5 и 5, жестко прикрепленные к противоположным торцам несущего органа 1 и подключенные каждый соответственно через широкополосные уси/ лители 6 и 6 мощности и фаэовращатели 7 .и 7 к задающим генераторам 8
/ и 8, соединенным через частотные модуляторы 9 и 9 н генераторы 10 и 10 функционального напряжения с блоком 11 управления. ШирокополосI ные усилители 6 и 6 мощности выполнены по известным схемам. Задающие генераторы 8 и 8 представляют со/ бой генераторы синусоидального напряжения и также выполнены по известным традиционным схемам. Фазовращатели 7 и 7 выполнены на инверторах, / в которых между коллекторной и эмит" ,терной нагрузками включена 1С цепь, причем в качестве управляемого сопротивления используется либо переход сток — исток полевого транзистора, на затвор которого подается управляющее напряжение, либо преобразователь код — сопротивление, на который подается цифровой код от блока управления.
В качестве частотных модуляторов 9 и 9 могут использоваться, например, / варикапы, включенные в колебательный контур задающего генератора. На входы варикапов для изменения их емкости от генератора функциональных напряжений подаются смещающиеся постоянные напряжения.
В качестве генераторов 10 и 10 функционального напряжения используются аналоговые устройства, в которых выходные напряжения изменяются в зависимости от времени по заранее выбранному закону (линейная зависимость, квадратичная, кубическая или любая другая более сложная зависимость). Форма зависимости определяется видом перемещения микрообъектов— линейное, равноускоренное и т.д.
Дт я выполнения таких функций генераторы функционального напряжения состоят из задающих генераторов пилообразного линейного напряжения, функциональных преобразователей, выпол". ненных на операционных усилителях с нелинейной обратной связью или выполненных на пассивных резисторнодиодных цепочках и усилителях постоянного напряжения. Наиболее широкими воэможностями обладают цифровые генераторы функционального напряжения, которые включают программный блок и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).
По заранее введенной программе с выхода программного блока управлес ния на вход ЦАП подается цифровой код, который и определяет временную
1148820 зависимость выходного постоянного напряжения ЦАП по любому закону.
В последующем это напряжение подается на частотный модулятор.
Блок управления состоит иэ устрой- 5 ства 12 ввода, регистра 13 изменения частоты, счетчика 14 команд, генератора 15 тактовых импульсов, регистра 16 изменения фазы, сумматоров 17 и 18 кодов приращения частоты, сум10 маторов 19 и 20 кодов изменения фазы, логических схем И 21 — 28.
Из пульта устройства 12 ввода производится набор следующих команд а) направление перемещения "вправо" или "влево", при этом если движение
"вправо", то с выхода устройства ввода подается напряжение на управляющие входы схем И 21, 23, 25 и 27,, а если движение "влево", то управ- Ж ляющее напряжение nîäàåò ÿ на входы схем И 22, 24, 26, и 28; б) выбор количества шагов, которое затем заносится в счетчик 14 команд; в) .выбор величины изменения шага частоты 4F и шага фазы дс, которые затеи нодаются в регистры 13 и l6 соответственно; г) установка начального значения состояния сумматоров 17-20; д) сброс в. нулевое состояние всех блоков. 30, Установка начального состояния регистров сумматоров 17 и 18 в среднее значение по величине кода необходима для того, чтобы зафиксировать работу устройства перемещения. При этом движение перемещаемого объекта 3 па несущему органу 1 всегда начинается от среднего положения, а затем происходит либо "вправо либо "влево".
Устройство работает следующим 4о образом, Перед началом движения производится установка всех блоков в исходное состояние, например, кнопкой из уст.— ройства 12 ввода. При этом в регист- 4> рах сумматоров 17-19 устанавливают коды, соответствующие серединным значениям произведений М = tl- дГ и llo 1 дскб (величина М>-д " H No -Ьф ll Коды с сумматоров 17 и 18 через открытые схемы И (21, 23 или 22, 24) подаются на вход генераторов 10 и 10 функционального напряжения и изменяют частоты генераторов 8 и 8 от I среднего значения 1 о, = 1о в противоположных направлениях. Аналогично коды с сумматоров 18 и 20 и через открытие схемы И (25, 27 или 26, 28) подаются на вход 7 и 7 фазовращате/ лей и изменяют фазы подаваемых напряжений на преобразователи 5 и 5 от среднего значения с в противоО положных направлениях. Подвижный объект 3 перемещается по несущему. органу f до тех пор, пока происходит изменение кодов на сумматорах 17-20. Импульсы от генераторов 15 заполняют счетчик числа шагов счетчика 14 команд и при заполнении счетчика шагов прекращается доступ синхронизирующих импульсов на счетчик 14 команд, при этом прекращается периодический перенос значений кодов д и щ регистров 13 и 16 в накопительные и вычислительные сумматоры 17-20. 1148820 Изменение частоты генераторов и фазы напряжений, подаваемых на преобразователи 5 и 5 прекращается / и подвижный объект остается в том месте, куда он успел переместиться 5 от серединного положения несущего органа l. На этом цикл перемещения заканчивается. Для нового цикла перемещения необходимо на устройстве ввода нажать кнопку "Сброс". При этом обнулится счетчик 14 команд, пройдет установка регистров сумматоров 17 и 20 в серединное значение числа M и Мо, а подвижный объект 3 0 переместится в серединное положение 15 несущего органа 1. Изменяя величину шага 4F и 4(р, а также число шагов при известной и фиксированной величине перемещения передвижного органа, можно в широких 20 пределах варьировать скорость и точность перемещения. Если возникает необходимость перемещения объекта не от серединного положения несущего органа до его края, а между краями несущего органа (т.е. увеличение длины перемещения в 2 раза), то такой алгоритм решается следующим образом. Изменяется начальное состояние сумматоров 17-20 30 так, что в зависимости от. направления движения объекта 3 одни иэ них, например 17 и 19, находятся в нулевом состоянии, а другие,18 и 20, имеют коды, соответствующие максимальному значению /xF n и 4g п. В память блока управления записываются две программы изменения частот и две программы изменения фаз соответственно которые выдают задание генерато- gp х / рам 10 и 10 функционального напряI жения и фаэовращателям 7 и 7 . ШироI кополосные преобразователи 5 и 5 расположены друг от друга на расстоянии, равном, например 2 Яо (Aо — дли- 5 на волны ультразвуковых колебаний, соответствующая начальной средней частоте Fo, которую рассчитывают иэ заданного диапазона изменения частот работы широкополосных преобразователей 5 и 5 в пределах от минимальной Г ° до максимальной min Г/, Г » 1 о С dmin t "псах C(Fmax t Fmin) 2Fmox где С вЂ” скорость ультразвуковых волн в несущем органе; 9/, /, — длина волны, соответствующая минимальной частоте; 1 /, „- длина волны, соответствующая максимальной частоте. Устройство работает следующим образом. Предположим, что перемещаемый объект 3 находится на середине несущего органа 1 и его необходимо переместить вправо. В блок 11 управления вводятся программы изменения частот электрического напряжения генераторов 10 и 10 функционального напряжения, / а также программы изменения фаз электрического напряжения фазовраща/ телей 7 и 7 (под программами подразумевается изменение частот в сторону увеличения или уменьшения, через какие интервалы изменяется частота, изменение амплитуд и фаз питающих напряжений и т.д.) . По команде блока 11 управления в начальный мо-" /г мент времени генераторы 10 и 10 функционального напряжения-через частотные модуляторы 9 и 9 настраи/ I вают задающие генераторы 8 и 8 на работу со средней частотой > . Напря/ жение задающих генераторов 8 и 8 / через фаэовращатели 7 и 7 и широко/ полосные усилители 6 и б мощностей возбуждают широкополосные преобразователи 5 и 5, которые преобразуют / электрические напряжения в механические колебания также с частотой F< Последние,. усилившись при переходе из широкой ступени несущего органа в узкую, начинают распространяться навстречу друг другу. Поскольку расстояние между преобразователями 5 1 и 5 равно в данном случае 2 h// (оно может иметь любую длину/, =2/г4, где /1" =1, 2, 3, ...), а волны от обоих широкополосных преобразователей 5 и 5 эа один период колебаний пройдут расстояния, равные соответст( венно х=х =Я, то максимумы амплитуд обеих волн встретятся ровно посередине и образуют суммарную пучность, равную сумме их амплитудных значений. В следующий момент времени но команде блока 1 1 управления генератор 10 функционального напряжения и частотный модулятор 9 изменяют частоту работы задающего генератора 8, например, в сторону уменьшения, на 1148 820 10 величину 4Р . Одновременно генератор 10 функционального напряжения ! 1 и частотный модулятор 9 изменяют частоту работы задающего генератора 8, но в сторону увеличения на ! величину Ь . При прохождении токов 1 заданных частот через фаэовращате/ ли 7 и 7 последние синхронно по команде блока 11 управления изменят их фазы на угол(, причем фазовраща- 10 тель 7 уменьшает сдвиг по фазе на 1 угол Cf, а фазовращатель 7 одновре" менно увеличивает сдвиг по фазе на этот же угол . Широкополосные усилители 6 и 6 мощностей усиливают данные токи по напряжению и возбуждают широкополосные преобразователи с измененными частотами и фазами. В результате широкополосный преобразователь 5 возбуждает механические коле- 20 бания в несущем органе 1 с частотой F/I -/ с упреждением по фазе на угол с, а противоположный широкополосный преобразователь 5 возбудит в несу-! щем органе 1 механические колебания навстречу волнам преобразователя, но с частотой Г„ +6F и с запаздыванием / по фазе на угол Q. С изменением частот колебаний широкополосных преобразователей изменяются соответствен- 30 но и длины их волн (у преобразователя 5 длина волны увеличится на величину h и станет равной Я +и, а у преобразователя 5 уменьшится на ту же величину 6 и станет равной ho - b) ° 35 Следовательно максимумы колебаний / волн обоих преобразователей 5 и 5 встретятся правее по сравнению с предыдущей позицией на величину II и образуют новую суммарную пучность, рав-40 ную также сумме амплитудных значений складываемых волн. Но так как рас-. стояние от преобразователя 5 до точки встречи волн больше, чем от преоб/ разователя 5 до этой же точки, то 45 для одновременной встречи в заданной точке амплитудных значений обеих волн вводится сдвиг по фазе колебаний обеих волн на углы -. g и 4 Cf соответственно для преобразователей 5 50 и 5 . Интервалы изменения частоты / преобразователей в зависимости от изменения шага перемещения h определяются следующими выражениями: а) для преобразователя 5 С С Ch,р.р F ., (3) /Iî Зоей /1 1Iо("о4 /1) б) дпя преобразователя 5/ С С С1 4" о 1 S 1 1 (g h) (4) где à — измененная частота колеба1 ний преобразователя 5, соответствующая длине волны о — измененная частота колебаний преобразователя 5, соответствующая длине волны о 1 знак - показывает, что изменение частоты колебаний преобразователя 5 происходит в противоположном направлении по сравнению с изменением час.— тоты у преобразователя 5 I Сдвиг по фазе определяется выражением / =- . Дальнейшее изменение часС тоты и сдвига фаз в той же последовательности вызывает появление перемещающихся вправо суммарных пучностей с шагом, равным " . Для и -го шага формулы (1), (2) и (3) примут вид n«h c "" e,(S,h) (5) йhI I I h (Ъ -nnhj nh 9=с (6) . (7) Перемещающиеся пучности входят во взаимодействие с основанием объекта 3. Величину шага можно изменять в любых пределах и тем самым изменять скорость перемещения в широких пределах. Если изменять частоты и фазы преобразователей 5 и 5 в противоположном направлении, то это вызовет перемещение бегущих пучностей, а следовательно, и объекта 3, в противоположном направлении. Расположение / преобразователей 5 и 5 с противоположных концов несущего органа и работа их в описанных выше режимах позволяет получать бегущие суммарные пучности, равные по величине и достигающие максимально возможных значений по амплитуде на всем пути перемещения объектов независимо от того, являются ли рабочие частоты преобразователей 5 н .5 резонансными по отношению к длине рабочего органа 1 или нет. Зто повышает плавность и точность перемещения, а также Keg и мощность устройства вцелом. 11488820 Ec9osg 10 Хдюлу 10 х/мжу 7 К&аку 7 Фиг.,7 Заказ 1810/13 Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г..ужгород, ул.Проектная, 4 Составитель Е.Елизаров Редактор Е.Лушникова Техред О.Ващишина Корректор А.Зимокосов
