Способ измерения амплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента

 

(72) Авторы изобретения

B И. Богданов, М. Д. Гуревич и А. П. (7!) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский. институт медицинского приборостроения (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ

РАБОЧЕГО KOHUA УЛЬТРАЗВ УКОВОГО

ИНСТР УМЕНТА,1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в машиностроении при контроле параметров технологических процессов, происходящих с использованием ультразвука, а также в медицинской технике при ультразвуковом разделении биологических тканей.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения амплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, заключающийся в измерении величины электрического тока и длительности нарушения контакта в зоне динамического взаимодействия инструмента с обрабатываемой токопроводяшей поверхностью Pl)

Способ предполагает преобразование амплитуды механических колебаний в электрическое напряжение. Для этого пропускают электрический ток через зону динамического взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхнос2 тью, измеряют длительность нарушения контакта в зоне взаимодействия. Амплитуду колебаний инструмента измеряют по длительности нарушения контакта.

Недостатком способа является то, что иэ-за необходимости пропускания алектрического тока через зону динамического взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью невоэмажно проводить измерения при обработке не10 токопроводящих поверхностей и при работе инструмента на, воздухе.

Из-эа периодического нарушения механического контакта ультразвукового инструмента с токопроводяшей поверхностью возникает нестабильность электрического тока, по которому судя г пб амплитуде колебаний рабочей части уль тразвукового инструмента, что предопределяет недостаточную точность измерений и их надежность.

Пель изобретения - повышение точности и надежности.

З Э 6054

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения амплитуды колебаний рабочего конца инструмента, включающему измерение величины электрического тока, определяют постоянный коэффициент К пропорциональности как отношение амплитуды колебаний рабочего конца на воздухе к соответствующей активности составляющей 2д тока возбуждения, измеряют активную составляющую 3д тока возбуждения и процессе работы, а амплитуду А колебаний рабо чего конца инструмента определяюг по.

Формуле А КЗА.

На чертеже представлен пример схемы 1 измерения активной составляющей тока возбуждения.

Как извес гно,ультразвуковой инструмент приводится в колебательное движение за счет прбтекания активной составляющей тока возбуждения по механической ветви преобразователя. Связь между амплитудой колебаний рабочего конца уль гразвукового инс грумента и. активной сос-. тавляющей тока всегда линейна неэависи- gj мо от режима работы инструмента.

Способ заключается в следующем.

До начала иэмерений1предварительно устанавливают связь между актиЬной составляющей тока возбуждения и амплитудой колебаний рабочего конца инстру: мента. Для этого по отношению амплитуды колебаний к активной составляющей тока определяют коэффициент К их пропорциональности, являющийся постоянным для данного инструмента. . Амплитуду колебаний инструмента на воздухе определяют, например, с помс;щью микроскопа измерением половины длины отрезка, прочерченного контрас гной точкой на колеблкицейся поверхности упвгразвукового инструмента. Соотвеч ствующую этой амплитуде активную составляющую 3> тока измеряют при скомпенсированной реактивной составляющей тока.

Амплитуду А колебаний рабочего конца инструмента определяют, исходя из формулы

А = КЗд, где К - постоянный коэффициент пропорциональности;

3„- активная состажщыщая тока.

Способ используется для измерения, амплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, состоящего иэ пьезокерамического преобразователя > продольного типа и волновода-концентратора. Пьезокерамическим преобразователем преобразовывают подводимое к нему элек1 ф трическое напряжение ультразвуковой частоты в механические колебания, которые усиливают и передакт к рабочей части инструмента с помощью волноводаконцентратора. Электрическое напряжение к ультразвуковому и ктрументу подводят по компенсационной схеме. На резонанс» ной частоте активную составляющую Зд тока определяют как

Ux

Эд = э(1)

3 Р где Ох - напряжение в диагонали моста;

R - величина активного сопротивления.

Для нахождения коэффициента К измеряют с помощью микроскопа амплитуду колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента при его колебаниях на воздухе и по формуле (1) вычисляют соответствующую данному значению амплитуды А хх активнУю- составляющую

Эд тока при Ахх =20 мкм Эдо=-0,1 A.

Для данного инструмента калибровочный коэффициент равен К 200 +

Для измерения амплитуды колебаний ультразвукового инструмента при различных режимах работы с помощью компенсационной схемы по формуле (1) определяют аггивную составляющую тока.

Так,для погруженного в воду чтьтразвукового инс грумента при подведении к нему напряжения Ux =30 В значение измеренного тока составляет 0,15 А. Увеличив подводимую мощность, значение активной составляющей 3д тока повышают до 0,24 А. Этому соответствует

0 значение амплитуды Я > рабочей части инструмента (40 мкм).

Аналогичным образом измеряют амплитуды колебаний при работе инструмента в других режимах (ультразвуковое резание, ультразвуковая дезинтеграция и др.). При замене ультразвукового инструмента до начала измерений определяют настоянный коэффициент К, который для различных типов инструментов различный.

Таким же образом измеряется амплитуда колебаний ультразвуковых инструментов, состоящих из дисковых пьеэокерамических преобразователей, пассивной и активной волноводных накладок.

Измерения, проведенные при колебаниях ультразвукового инструмента на воздухе, показывают, что коэффициент К для данного типа инструментов равен

1оо ф" —.

1 . ф нению с известным, уменыпается с 10 до 2%.

Формула изобретения

5 96054

При работе инструмента в воде при

Эд =0,1 A значение амплитуды колебаний составляет А =K3= 10 мкм. .Экспериментальное определение способа производится на кромках. При камере- и нии амплитуды колебаний рабочего конца улвгразвуковых инструментов во время операций на склере и роговице глаза, а тахже при выполнении операции дакриоцисториностомии с распиливанием кости 1О ультразвуковой пилой.

Использование предлагаемого способа позволяет про:-одить измерения непосредственно во время выполнения операций, что позволяет контролировать параметры !5 процесса ультразвукового резания и поддерживать их близкими к оптимальным.

Из-за длительного напряжения органов зрения оператор утомляется, Использование способа позволит резко сократить уй . (приблизительно в 10 раз) время измерений с одновременным улучшением условий труда оператора. Погрешность иэ мерений предлагаемым способом по сравСпособ измерения амплитуды колебаний рабочегр конца ультразвукового инструмента, включаюший измерение величины электрического тока, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с. целью повышения точности и надежности, определяке постоянный коэффициент К пропорциональности .как отношение амплитуды колебаний рабочего конца на воздухе к соответствуюшей активной составляюшей 5А тока

А0 возбуждения, измеряют активную составлякхпую 5ä тока возбуждения в процессе работы, а амплитуду А колебаний рабочего конца инструмента определяют по формуле А=К5А.

Источники информации, принятые во внимание при эю:пертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 481785, кл. G 01 Н 1/00, 1973 (прототип) .,б 9аяраз3уяо5ри тРУм емли.

Заказ 7247/45 Тираж 507 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 Н. Долгова

Редактор А. Козориэ Техред С.Мигунова Корректор А. Ференц