Устройство для ультразвуковой обработки

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик, Государственный СССР по делам изобр и откр ытиитет ПриоритетОпубликован еиии 380. Бюллетень 891 та опубликования описания 18,038 2) Авторыизобретен В, М.Кол В. Я.Сунка сской ССР ктроники АН Б Институт(54 езонаразокаждое из тора с пье нателем иНедоста янляетс я н что удале а также н эа счет н механичес пропускан стн ентан ыаб ды тся п ной о ампли лучше пропу 15отнойебака гаетс ок ера ижайшиесоединенти черезмическиенные вей систенателюпри этом ямиль ст та Изббретение относится к ультразвуковой. обработке материалов и может быть использовано для ультразвуковой сварки интегральных схемИзвестны электроакустические пьезокерамические Широкополосные преобразователи, в которы; с целью расширения полосы пропускания в блоке склеены отдельные пьезоэлементы с различными геометрическими размерами в направлении излучения 1, Однако при возбуждении таким преобразователем моночастотной волнонодноизлучаюшей системЫ полоса частот расширяется, но не Формируется плоская вершина амплитудно-част характеристики механических кол ний,:Наиболее близким техническим решением к изобретению является ус- д 3 тройство для ультразвуковой обработки, содержащее задающий генератор, блок Фаэоврашателей, блок. управления, сварочный инструмент, акустическую развязку,выполненную н виде опоры,25 преобразователь напряжение-сопротивление, усилитель мощности, волноводно-излучающую колебательную систему, включащую в себя колебательные зненья, соединенные последовательно, ЗО которых состоит из р зокерамическим преоб связки 2 .тком изнестного устро изкий КПД вниду того, н от сварочного инстру изкое качество обработ еравномерности амплиту их колебаний в полосе ия Целью изобретения являешение качества ультразвукоки и КПД путем увеличениямеханических колебаний и уее равномерности в .полосения.Поставленная цель доститем, что в устройстве пьезческие преобразователи, блк сварочному инструменту,с выходом усилителя мошносфазоврашатель, а пьеэокерапреобразователи, расположецентре волноводно-излучаюшмы, подключены к преобразонапряжение-сопротивление,акустическая развязка закр,на связке н звене, максимаудаленном от сварочного инОНа чертеже представлена блоксхема предлагаемого устройства.Устройство включает в себя задаюший генератор 1, усилитель 2 мощности, блок Зфазоврашателей, блок 4 управления, преобразователь 5 напряжение-сопротивление, волноводноиэлучаюшую систему, состояшую иэ четырех последовательно соединенных звеньев, Каждое звено содержит резонаторы б и связку 7, при этом акустическая развязка 8 расположена на связке. В волноводно-излучаюшую систему входят также пьезокерамические преобразователи 9, размешенные между резонаторами соседних звеньев, инструмент 10 для микро сварки и свариваемые изделия 11,Ультразвуковое микрополосное устройство работает следуюшим образом.Напряжение задаюшего генератора 2 О 1 через усилитель 2 мошности и блок фазоврашателей 3 возбуждает пьеэокерамические преобразователи 9 многофазным синхронным напряжением, которые передают механические колебания через 25 волноводно-излучаюшую систему сварочному инструменту 10 для введения их в свариваемые детали 11.Ширина полосы пропускания определяется соотношением коэффициента связи ЗО и длин резонаторов и связок в колебательном звене, Введение пьезокерамичесческих преобразователей 9 позволяет увеличить амплитуду механических колебаний. в несколько раэ по сравне нию с тем, когда преобразователь закрепляется в торец крайнего резонатора.Для получения минимальной величины неравномерности частотной характеристики сушественное значение имеет точность изготовления размеров резонаторов и связок, При этом изменение частотной характеристики рабочего затухания в полосе пропускания определяетоя частотной расстройкой резона торов и связок, а также неравенством входных и выходных характеристических сопротивлений соседних звеньев изза разброса волновых сопротивлений резонаторов и связок. В этом случае 50 когда связки представляют собой волйоные элементы с распределенными параметрами, разброс их длины влияет только на полосу пропускания, Изменение рабочего затухания в полосе про-55 пускания пренебрежимо мало; При разбросе волновых сопротивлений связок происходит некоторое смешение полосы пропускания по оси частот и изменение частотной характеристики механических колебаний в полосе пропускания и изменения сопротивления нагрузки получаются значительно меньшими, чем при разбросе раэмерон резонаторов. Кроме того, для ультразвуковой микросварки полоса частотвыбирается с сушественным запасом,поэтому некоторые сдвиги полосы иизменение ее ширины, обуслонленныеточностью изготовления связок неимеют сушестненного значения. В связи с этим акустическая развязка 8волноводно-излучаюшей системы выполнена в узловой плоскости связи ина максимально возможном удалении отвозбуждаюших механические колебанияпьеэокерамических преобразователей,Разброс размеров резонаторов имеетсушестненное влияние на ширину полосы, сдвиг полосы, величину и неравномерность рабочего затухания в полосе пропускания, При этом максимальное изменение указанных параметровполосы пропускания имеет место приодинаковой величине на разном знакеразброса длин и поперечных сеченийрезонаторов соседних звеньев. Видчастотной характеристики амплитудымеханических колебаний в полосепропускания зависит не только от величины расстройки при заданномсопротивлении нагрузки, но и от того,где находится расстроенный резонатор, При этом наибольшие влияния имеют расстроенные резонаторы, расположенные и центре нолнонодно-иэлучаюшей системы, а минимальное влияние - расстроенные резонаторы в крайних звеньях нолноводно-иэлучаюшейсистемы, Расстройка резонаторов,расположенных симметрично относительно средней линии волнонодно-излучаюшей системы, одинаково влияет нанид частотной характеристики,Для макс.имального влияния на нидчастотной характеристики между резонаторами соседних звеньев, расположенных в центре нолноводно-излучаюшейсистемы введены пьезокерамическиерезонаторы 9, замкнутые на преобразователь 5 напряжение-сопротивлениеВеличина сопротивления преобразователя 5 выбирается напряжением блока 4управления таким образом, чтобы прирашения волновых сопротивлений смежныхрезонаторов и затухание относительнорезонаторов беэ пьеэокерамическихпреобразователей могли изменятьсяне только по величине, но и познаку, Если число звеньев четное,то к преобразователю 5 подключенодин пьеэокерамический преобразователь, а если число зненьен нечетное,го подключаются два центральныхпьезокерамических резонатора, Как ив случае разброса размеров связоквлияние разбросаразмеров резонаторов на ширину полосы пропусканияи сдвиг средней частоты полосы неимеют принципиального значения длякачества сварных соединений, еслиисходная полоса пропускания выбрана с достаточным запасом. Применени72185 Формула изобретения Составитель В, Катин Редактор М.Харитонова Техред М,Петко Корректор И.Муска Эакаэ 45/13 Тираж 1160 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д.4/5 Филиал ППП фПатент, г.ужгород, ул,Проектная,4 предлагаемого широкополосного устройства для ультразвуковой обработки материалов позволяет улучшить качество обработки и повысить КПД,Например, при испытании указанной волноводно-излучакшей системы 5 получены следуюшие результаты, Амплитуда колебаний возросла на торце сварочного инструмента в два-три раза по сравнению с возбуждением механических колебаний от пьезоке- Я рамического преобразователярасположенного на торце крайнего резонатора первого звена. При соотношении волновых сопротивлений резонатора и связки, равном 16 полоса составила 11 от средней частоты, Использование пьеэокерамических резонаторов для регулировки неравномерности механических колебаний позволило снизить ее с 2,8 дБ до 0,6 дБ, При этом происходило сужение полосы до 101Устройство для ультразвуковой обработки, содержашее эадаюший генератор, блок фазоврашателей, блок управления, сварочный инструмент, акустическую развязку, выполненную в виде опоры, преобразователь напряжение-сопротивление, усилитель мошности, волноводно-излучаюшую колебательную систему, включаюшую в себяколебательные звенья, соединенные,последовательно, каждое из которыхсостоит иэ резонатора с пьезокерамическим преобразователем и связки,о т л и ч а ю ш е е с я тем, что,с целью повышения качества обработкии КПД путем увелйчения амплитудымеханических колебаний и ее стабильности в полосе пропускания, пьеэокерамические преобразователи, ближайшие к сварочному инструменту,соединены с выходом усилителя мошности через фазоврашатель, а пьезокерамические преобразователи, расположенные в центре волноводно-излучаюшей системы, подключены к преобразователю напряжение-сопротивление, при этом акустическая развяз. -ка закреплена на связке в звене, максимально удаленном от сварочногоинструмента,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 459264, кл,В 06 В 1/06, 1975,2Авторское свидетельство СССР