Ультразвуковое устройство Советский патент 1982 года по МПК B06B1/06 

(S4) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО

I

Изг)6ретение относится к ультразвукс)вой технике, в частности к у-стройствам возбуждения механических колеСчтний, и может быть использовано при ультразвуковой обработке материалов, например для ультразвуковой микросварки.

Известен ультразвуковой преобразователь, который с целью увеличения широкополосности и равномерности его частотной характеристики механических колебаний, выполнен из вертикально набранных пьезоэлементов различнь1х геометрических размеров, механически соединенных с помощью клея между собой по токопроводящим поверхностяп 3.

Однако такая конструкция преобразователя не обеспечивает достаточной равнг мерности и возможности регулирования формы его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а также воспр(;изводимости параметров преобразоватепп1 от образца к образцу, что в

целом отрицательно сказывается на качестве ультразвуковой обработки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ультразвуковое устройство, включающее генератор электрических колебаний, подключенную к нему своим первым входом корректирующую цепь, своим первым входом управляющий каскад, и подключенный к выходу кор10ректирующей цепи ультразвуковой преобразователь 2.

Недостаток известного устройства состоит в низком качестве ультразвуковой обработки материалов,

15

Цель изобретения - улучшение качества ультразвуковой обработки материалов путем повышения равномерности широкополосной амплитудно-частотной характеристики излучаемой акус20тической мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковое устройство введены детектор, пороговое, арифметическое и запоминающее устройства , накопительный i элемент, источ ники положительного и отрицательного напря ; ения, схема сравнения и три ключа, при этом вход ультразвукового преобразователя через последовательно включенные детектор и пороговое устройство соединен со входом арифметического устройства, каждый из двух выходов которого соединен соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, а первый и второй входы накопительного элемента через первый и второй ключи подключены к источникам положительного и отрицательного напряжений,, соответственно, при этом выход накопительного элемента соединен с первы входом схемы сравнения, выход которой через третий ключ подключен к первому входу запоминающего устройст ва, соединенного с управляющим входо корректирующей цепи, второй, третий и четвертый выходы управляющего каскада соединены с вторым входом схемы сравнения, третьим ключом, арифметическим и запоминающим устройствами, а также с третьим входом накопительного элемента. На фиг. 1 представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 - амплитудно-частотные характеристики смеще ния и напряжения Устройство содержит генератор 1 электрических колебаний, корректирую щую цепь 2, детектор 3 с дифференцирующей цепочкой на выходе, пороговое устройство Ц, арифметическое устройство 5, источник 6 положительного на пряжения, ключ 7, накопительный элемент 8, ключ 9, источник 10 отрицательного напряжения, .схему 11 сравнения, ключ 12, запоминающее устройство 13, управляющий каскад Ik и ультразвуковой преобразователь 15. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 электрических колебаний через корректирующую цепь 2 возбуждает ультразвуковой преобразователь 15, имеющий в общем случае исходную амплитудно-частотную характеристику механических колебаний сложной несимметричной формы (фиг. 2а, кривая I). Корректирующая цепь 2 представляет собой ИЬ-цепомку в случае пьезокерамического преобразователя и RC-цепочку для магнитострикционного преобразователя с электрически управляемыми величинами индуктивности, емкости, сопротивления, и образует овместно с ультразвуковым преобразователем систему электромеханически связанных контуров. Изменяя параметры корректирующей цепи и контролируя известными способами амплитуду механических колебаний ультразвукового преобразователя, добиваются получения максимально шиорокополосной амплитудно-частотной характеристики механических колебаний с заданной неравномерностью (фиг. 2а, кривая II), При этом огибающая напряжения возбуждения ультразвукового преобразователя имеет М-образную форму с максимумами на частотах связи и 2(фиг,2б, кривая V) . Выбранные параметры корректирующей цепочки 2 поддерживают неизменными с помощью запоминающего устройства 13, напряжение Uyppc которого подается на управляющий вход корректирующей цепочки 2, Такое же напряжение подается с управляющего каскада } на один из входов схемы 11 сравнения. Сигналом с управляющего каскада 1Л закрывается в исходном состоянии ключ 12 Для автоматической коррекции механических колебаний преобразователя с целью уменьшения неравномерности в полосе пропускания напряжением управляющего каскада 1А осуществляется частотная модуляция генератора. При достих ении максимума или минимума огибащей электрического напряжения возбуждения преобразователя 15 на вход порогового устройства с дифференцирующей цепочки, включенной на выходе детектора 3 поступает напряжение идц По По каждому нулевому входному сигналу пороговое устройство вырабатывает импульс, поступающий в арифметическое устройство 5 При поступлении первого импульса, COOTветствую щего максимуму огибающей электрического напряжения на нижней частоте связи t , сигналом с арифметического устройства 5 открывается ключ 7 и закрывается ключ 9 и накопительный элемент 8, например конденсатор, заряжается от источника 6 положительного напряжения. По второму импульсу от устройства Ц, соответствующему минимуму огибающей электрического напряжения на частоте (фиг. 26), сигналом с

арифметического устройства 5 закрывается ключ 7 и открывается ключ 9, а накопительный элемент 8 начинает перезаряжаться от источника 10 отрицательного напряжения. При .прохождеНИИ второго максимума электрического напряжения (фиго 26) соответствующего верхней частоте связи 2, сигналом с арифметического устройства закрывается ключ 9, при этом ключ 7 поддерживается также в закрытом состоянии.

Постоянные времени цепей заряда и разряда накопительного элемента 8 выбираются так, чтобы в исходном режиме, соответствующем максимально равномерной АЧХ механических колебаний преобразователя 15, на выходе накопительного элемента 8 было напряжение,равное напряжению запоминающего устройства в исходном режиме .p.

С выхода накопительного элемента 8 напряжение , пропорциональное разности частот (Гф - iJ,) - (fj - f ) поступает на второй вход схемы 11

сравнения, где сравнивается с исходным напряжением Uvfip предварительно устанавливаемым на выходе каскада k, которое пропорционально разности частот (о- L) - о)

и,, напряжением с управляющего каскада 1ч открывается ключ 12 и через запоминающее устройство 13 на управляющий вход корректирующей цепи 2 поступает сигнал рассогласования, изменяющий требуемым образом ее параметры, после чего напряжением с управляющего каскада 1 закрывается ключ 12, обнуляется арифметическое устройство 5 и накопительный элемент 8.

Коррекция параметров цепи 2 приводит к уменьшению неравномерности ЛЧХ механических колебаний (фиг. 2а, кривая IV), а частоты связи возвращаются к своим исходным значениям f и 2(фиг. 26, кривая VII) .

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство, преимущественно для микросварки, включающее

генератор электрических колебаний, подключенные к нему своим первым входом корректирующую цепь, своим первым выходогд управляющий каскад, и подключенный к выходу корректирующей цепи ультразвуковой преобразователь, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества ультразвуковой обработки материалов путем повышения равномерности широкополосной амплитудно-частотной характеристики излучаемой акустической мощности, в устройство введены детектор, пороговое, арифметическое и запоминающее устройство, накопительный элемент, источники положительного и отрицательного напряжений, схема сравнения и три ключа, при этом вход ультразвукового преобразователя через последовательно включенные детектор и пороговое устройство соединен со входом арифметического устройства, каждый из двух выходов которого соединен соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, а первый и второй входы накопительного элемента через первый и второй ключи подключены к источникам положительного и отрицательного напряжений, соответственно, при этом выход накопительного элемента соединен с первым входом схемы сравнения, выход которой через третий ключ подключен к первому входу запоминающего устройства, соединенного с управляющим входом корректирующей цепи, второй, третий и четвертый выходы управляющего каскада соединены со вторым входом схемы сравнения, третьим ключом, арифметическим и запоминающим устройствами, а также с третьим входом накопительного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 592б4, кл. В 06 В 1/06, 1972

2.Авторское свидетельство СССР N it669l6, кл. В Об В 1/06, 1971 (прототип) .

иг.1 fo фиг. 2 J-ji