Самонастраивающаяся система управления ультразвуковой сваркой

Самонастраивающаяся система управления ультразвуковой сваркой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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