УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ Российский патент 2002 года по МПК B08B3/12 

Изобретение относится к оборудованию для ультразвуковой (УЗ) очистки и может быть использовано для удаления различных загрязнений с поверхностей небольших партий мелких и средних деталей, лабораторного инструментария, медицинских инструментов и т.д.

Как известно, воздействие упругих волн УЗ частот (18-60 кГц) на находящиеся в жидкой среде детали обеспечивает эффективное удаление с их поверхностей твердых или жидких пленок, твердых осадков, продуктов коррозии консервационных или защитных покрытий, которые образуются на них в процессе изготовления, сборки, испытания, хранения или эксплуатации.

Для целей очистки небольших партий мелких и средних деталей применяются малогабаритные УЗ установки, включающие ванну, в которую заливается моющая среда, электроакустические (как правило, пьезокерамические) преобразователи, устанавливаемые в дне ванны или на ее боковых стенках и акустически связанные с ванной, и генератор УЗ колебаний, обеспечивающий возбуждение преобразователей.

Акустическая связь преобразователей с дном ванны порождает колебания дна и стенок и тем самым обеспечивает передачу колебаний в рабочую среду.

Известно устройство УЗ очистки, содержащее металлическую ванну, в которую залита жидкая среда, пьезоизлучатель, встроенный в дно ванны и акустически связанный с ней, и генератор УЗ колебаний, соединенный с излучателем. Ванна снабжена металлическим сетчатым контейнером, в который помещаются подлежащие очистке изделия, и крышкой, закрывающей ванну сверху. [1]
Известное устройство работает следующим образом. Подлежащие очистке изделия загружаются в сетчатый контейнер и помещаются в ванну. Излучаемые ультразвуковым пьезоизлучателем акустические колебания вызывают в жидкой среде пульсации давления. Пульсирующее давление жидкости ультразвуковой частоты воздействует на поверхность изделий, находящихся в контейнере. Возникающие в результате динамические нагрузки приводят к удалению загрязнений с поверхности очищаемых изделий.

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность очистки малогабаритных изделий.

Действительно, при очистке малогабаритных изделий приходится использовать контейнер с малым шагом сетки, что при расположении пьезоизлучателя в дне ванны приводит к увеличению отражения УЗ волн от внешней поверхности дна контейнера и, соответственно, к снижению эффективности очистки. Кроме того, накапливающиеся на дне ванны продукты очистки обуславливают дополнительное затухание УЗ волн, что также снижает в конечном счете эффективность очистки изделий.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбрано устройство для ультразвуковой очистки, содержащее ванну, заполненную жидкой средой и снабженную крышкой, в которую встроен пьезоизлучатель, соединенный с генератором УЗ колебаний [2]. Пьезоизлучатель механически связан с металлической пластиной, расположенной с возможностью акустического контакта в рабочем положении с жидкой средой. Наличие пластины и ее пространственное размещение увеличивает область возбуждения и обеспечивает доступ УЗ волн к очищаемым изделиям.

Недостатком известного устройства является отсутствие средств контроля наличия акустического контакта ультразвукового излучателя с жидкой средой, заполняющей контейнер. Отсутствие акустического контакта излучателя с жидкостью не позволяет возбуждать в среде моющего раствора УЗ колебания и не обеспечивает процесс УЗ очистки изделий, находящихся в контейнере, несмотря на то, что УЗ генератор находится во включенном состоянии и потребляет энергию. Наличие средств контроля исключает возможность работы устройства УЗ очистки в таком неэффективном режиме и не позволяет ввести в заблуждение обслуживающий персонал, который может принять неочищенные изделия за очищенные.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, - устранение возможности работы устройства в неэффективном режиме и тем самым повышение надежности очистки.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого устройства, - устранение неэффективного режима работы и повышение надежности очистки изделий за счет обеспечения постоянного контроля наличия акустического контакта пьезоизлучателя с жидкой средой, заполняющей контейнер с обрабатываемыми изделиями.

Для решения поставленной задачи в устройстве для УЗ очистки, содержащем ванну, заполненную жидкой средой с размещенным в ней контейнером и снабженную крышкой, в которую встроен ультразвуковой пьезоизлучатель, соединенный с металлической излучающей пластиной, расположенной с возможностью акустического контакта в рабочем положении с жидкой средой, и генератор ультразвуковых колебаний, содержащий задающий генератор и выходной усилитель, соединенные через ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, первый вход которого соединен с кнопкой включения "ВКЛ" и входом таймера, а второй - с кнопкой выключения "ОТКЛ" и выходом таймера, а выход выходного усилителя связан с пьезоизлучателем, генератор ультразвуковых колебаний снабжен каналом обратной связи, включающим датчик тока, например, в виде трансформатора тока, включенный в цепь питания пьезоизлучателя, выпрямитель, входами соединенный с выходами датчика тока, компаратор, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, источник опорного напряжения, выходом соединенный со вторым входом компаратора, при этом выход компаратора подключен ко второму входу триггера, второй выход которого соединен со входом устройства световой и звуковой сигнализации. С целью снижения стоимости устройства ванна, крышка и контейнер выполнены из пластмассы. На дне контейнера размещается металлическая пластина - отражатель.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство для УЗ очистки. Конструктивно устройство выполнено в виде двух блоков ультразвукового генератора и ванны для очистки.

Устройство содержит ультразвуковой генератор 1, включающий задающий генератор 2, соединенный с выходным усилителем 3 через ключ 4, управляющий вход которого подсоединен к первому выходу триггера 5, первый вход которого соединен с кнопкой включения "ВКЛ" 6 и входом таймера 7, а второй соединен с кнопкой выключения "ОТКЛ" 8 и выходом таймера 7. Первый выход выходного усилителя 3 подключен к одному электроду пьезоизлучателя 9, второй электрод которого соединен с вторым выходом выходного усилителя 3 через датчик тока, выполненный, например, в виде трансформатора тока 10. Датчик тока 10 является одним из элементов цепи обратной связи, включающей, кроме того, выпрямитель 11, компаратор 12, источник опорного напряжения 13 и триггер 5. Выходы датчика тока соединены со входами выпрямителя 11, выход которого подключен к первому входу компаратора 12, ко второму входу которого подсоединен выход источника опорного напряжения 13. Выход компаратора 12 соединен со вторым входом триггера 5, второй выход которого подключен ко входу устройства световой и звуковой сигнализации 14. Пьезоизлучатель 9 размещен в ванне 15 и закреплен в ее крышке 16. С пьезоизлучателем 9 связана металлическая излучающая пластина 17. В ванну помещен контейнер 18, на дно которого уложена металлическая пластина-отражатель 19.

Устройство для ультразвуковой очистки работает следующим образом. В контейнере 18 с уложенным на его дне отражателем 19 размещают изделия, подлежащие очистке. Контейнер с изделиями помещают в ванну 15, которую заполняют жидким моющим раствором. Уровень заполнения ванны моющим раствором должен обеспечивать акустический контакт пьезоизлучателя 9, закрепленного на излучающей пластине 17, с жидкостью при закрытом положении крышки ванны 16.

При нажатии кнопки включения "ВКЛ" 6 триггер 5 устанавливается в единичное состояние и выходной сигнал с его первого выхода замыкает ключ 4. Кроме того, при нажатии кнопки "ВКЛ" происходит запуск таймера 7 на заранее заданное время обработки. Колебания задающего генератора 2 УЗ частоты через замкнутый ключ 4 поступают на вход выходного усилителя 3. УЗ электрические колебания с выхода выходного усилителя 3 поступают на пьезоизлучатель 9, в котором преобразуются в акустические УЗ колебания, излучаемые в жидкость, заполняющую ванну, и воздействующие на детали, находящиеся в контейнере 18, обеспечивая их очистку. Наличие излучающей пластины 17 позволяет распределить возбуждение акустических УЗ колебаний практически равномерно по всему объему ванны. Пластина-отражатель 19 устраняет затухание ультразвуковых волн в материале корпуса контейнера 18 и приводит к отражению излучаемых пьезоизлучателем 9 и пластиной 17 колебаний от пластины отражателя 19 и созданию в зоне расположения обрабатываемых изделий ультразвукового поля высокой интенсивности, приводящему к эффективной очистке этих изделий. Ток, протекающий в цепи питания пьезоизлучателя 9, проходя по датчику тока 10, вырабатывает сигнал обратной связи. В случае наличия акустического контакта значение величины сигнала обратной связи не вызывает срабатывания цепи обратной связи. Процесс очистки заканчивается, когда происходит окончание временного интервала, вырабатываемого таймером 7, или в результате нажатия кнопки выключения "ОТКЛ" 8. При этом триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, что приводит к размыканию ключа 4 и прекращению генерации акустических УЗ колебаний в ванне 15.

При недостаточном уровне жидкости, заполняющей ванну 15, отсутствует акустический контакт пьезоизлучателя 9 с жидкой средой. При этом изменяется значение величины, импеданса пьезоизлучателя 9 и, следовательно, величины тока, протекающего в цепи питания пьезоизлучателя. Это изменение отслеживается цепью обратной связи. В результате компаратор 12 срабатывает, что приводит к установлению триггера 5 в нулевое состояние. Переключение триггера 5 вызывает размыкание ключа 4 и прекращение поступления УЗ колебаний от задающего генератора 2 к выходному усилителю 3, а следовательно, и прекращение возбуждения УЗ колебаний в ванне 15. Кроме того, срабатывание триггера 5 приводит к срабатыванию устройства световой и звуковой сигнализации 14. Этим самым прекращается режим неэффективной работы устройства для УЗ очистки при отсутствии акустического контакта излучателя с жидкой средой и обслуживающий персонал получает сообщение о необходимости обеспечить требуемый уровень жидкости в ванне.

Таким образом, заявляемое устройство за счет обеспечения постоянного контроля за акустическим контактом пьезоизлучателя с рабочей жидкостью позволяет по сравнению с прототипом исключить неэффективный режим работы устройства для УЗ очистки и тем самым повысить надежность очистки.

Изобретение относится к оборудованию для ультразвуковой очистки, которое используется для удаления различных загрязнений с поверхностей небольших партий мелких и средних деталей, лабораторного инструмента, медицинского инструментария и т.п. Устройство содержит ванну, заполненную жидкой средой с размещенным в ней контейнером и снабженную крышкой, в которую встроен ультразвуковой пьезоизлучатель, соединенный с металлической излучающей пластиной, расположенной с возможностью акустического контакта в рабочем положении с жидкой средой, и генератор ультразвуковых колебаний, содержащий задающий генератор и выходной усилитель, соединенные через ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, первый вход которого соединен с кнопкой включения "ВКЛ" и входом таймера, а второй - с кнопкой выключения "ОТКЛ" и выходом таймера, а выход усилителя мощности связан с пьезоизлучателем. Генератор ультразвуковых колебаний снабжен каналом обратной связи, включающим датчик тока, подключенный к одному из выходов выходного усилителя и соответствующему электроду пьезоизлучателя, выпрямитель, входами соединенный с выходами датчика тока, компаратор, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, источник опорного напряжения, выходом соединенный со вторым входом компаратора, при этом выход компаратора подключен ко второму входу триггера, второй выход которого соединен со входом устройства световой и звуковой сигнализации. Использование изобретения позволяет повысить эффективность и надежность очистки изделий за счет обеспечения постоянного контроля наличия акустического контакта пьезоизлучателя с жидкой средой, заполняющей контейнер с обрабатываемыми изделиями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для ультразвуковой очистки, содержащее ванну, заполненную жидкой средой с размещенным в ней контейнером и снабженную крышкой, в которую встроен ультразвуковой пьезоизлучатель, соединенный с металлической излучающей пластиной, расположенной с возможностью акустического контакта в рабочем положении с жидкой средой, и генератор ультразвуковых колебаний, содержащий задающий генератор и выходной усилитель, соединенные через ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, первый вход которого соединен с кнопкой включения "ВКЛ" и входом таймера, второй - с кнопкой выключения "ОТКЛ" и выходом таймера, а выход усилителя мощности связан с пьезоизлучателем, отличающееся тем, что генератор ультразвуковых колебаний снабжен каналом обратной связи, включающим датчик тока, подключенный к одному из выходов выходного усилителя и соответствующему электроду пьезоизлучателя, выпрямитель, входами соединенный с выходами датчика тока, компаратор, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя, источник опорного напряжения, выходом соединенный со вторым входом компаратора, при этом выход компаратора подключен ко второму входу триггера, второй выход которого соединен со входом устройства световой и звуковой сигнализации. 2. Устройство для ультразвуковой очистки по п. 1, отличающееся тем, что ванна, крышка и контейнер выполнены из пластмассы, а на дне контейнера размещается металлическая пластина-отражатель.