Ультразвуковой генератор

Союз Советских Социалистических ВеспублииОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ он 896760 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М, Кл,З Н 03 Ь 7/00 Государственный коинтет СССР но делам нзобретеннй н отнрмтнй(71) Заявител 4) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР Предлагаемый ультразвуковой гене-.ратор относится к ультразвуковой тех-нике и может быть применен в ультразвуковых технологических установках,в частности в установках для микросварки и микропайки,Известен ультразвуковой генератор с фаэовой автоподстройкой частоты, состоящий из задающего генератора, инвертора, ультразвуковогопреобразователя, датчика акустической обратной связи и фазового детектора 1 .Укаэанный генератор обладает низкой помехоустойчивостью и надежнос-35тью возбуждения на выбранной частоте резонанса ультразвукового преобразователя. Значения этих параметровеще не обеспечивают устойчивое функционирование системы автоподстройки 20в тяжелых условиях работы в ультразвуковых технологических установкахпри значительных нагрузках на преобразователь, большом температурномдрейфе частоты генератора и преобразователя.Низкие помехоустойчивость и устойчивость на выбранной частоте резонанса ультразвукового преобразователя обусловлены наличием на фаэово, 30 частотной характеристике, представляющей собой зависимость разностифаэ между сигналом, возбуждающимпреобразователь и сигналом с датчика механических колебаний от частоты, участков с различными знакамипервой производной, упомянутой вышразности фаз по частоте, сцйц,. Наличие этих участков вызвано па" разитными резонансами преобразователя. При попадании частоты эадающего генератора в зону, где знак Кцй становится противоположным знаку этой же производной в рабочей зоне, происходят изменение знака"коэффици ента обратной. связи и генерация иа выбранной частоте резонанса прекращается.Известен ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, а также последовательно соединенные фазовый детектор и усилитель постоянного тока при этом выход упрарляемого генератора через первый, усилитель-ограничитель соединен с первым входом фа 89 б 760зового детектора, а датчик механических колебаний через последователь"но соединенные фазовращатель и второй усилитель-,ограничитель соединенсо вторым входом фазового детектора 2 3.Однако известный ультразвуковойгенератор не обеспечивает устойчивости работы на заданной частотерезонанса электроакустического преобразователя.Цель изобретения - повышение 36устойчивости работы на заданной частоте резонанса электроакустическогопреобразователя.Для этого в ультразвуковой генератор, содержащий последовательно 15соединенные управляемый генератор,электроакустический преобразователь,датчик механических колебаний и индикатор резонанса, атакже последовательно соединенные фазовый детектор Щи усилитель постоянного тока, приэтом выход управляемого генераторачерез первый усилитель-ограничитель соединен с первым входом Фазового детектора, а датчик механических колебаний через последовательносоединенные Фазовращатель и второйусилитель-ограничитель соединен совторым входом фазового детектора,между выходом усилителя постоянноготока и входом перес-. ройки частотыуправляемого генератора введены последовательно соединенные фильтрнижних частот и управляемый ограничитель, другой вход которого подключен к выходу усилителя постоянно- З 5го тока, а между выходом фазовогодетектооа и управляющим входом управляемого генератора введен двухпоооговый дискриминатоо с устоойствоминдикации. 40На чертеже поедставлен ультразвуковой генератор, стоуктуоная схема.зУльтразвуковой генеоатоо содеожитупоавляемый генератоо 1, электооакустический поеобоазователь 2,датчик Змеханических колебаний,индикатор 4 резонанса, первый усилитель-ограничитель 5, фазовой детектор б, второй усилитель-ограничитель 7, Фазовращатель 8, усилитель 9 постоянного тока, двухпороговый дискриминатор 10 с устройством индикации, Фильтр 11 нижнихчастот, управляемый ограничитель 12.Устройство работает следующим 55образом.Сигнал с генератора 1, которыйвыполнен таким образом, Что обеспечивает наличие дежурного сигналав паузах между сварками циклами 60технологического воздействия ультразвука) возрастает на время сваркитехнологического воздействия ) ипоступает на электроакустическийпреобразователь 2, в котором про- у исходит превращение энергии электрических колебаний в энергию механическую. Эти механические колебания воздействуют на обрабатываемое изделие (объединяемые детали при ультразвуковой сварке) и на датчик 3 механических колебаний, превращающий их в электрические, используемые в качестве сигнала обратной связи. С датчика 3 механических колебаний сигнал проходит на индикатор 4 резонанса,по показаниям которого судят о настройке на частоту резонанса преобразователя 2, и на Фазовращатель 8, необходимый для настройки системы автоподстройки на выбранную частоту резонанса.С фазовращателя 8 через усилитель-ограничитель 7 сигнал поступает на один вход фазового детектора б, на другой вход которого через усилитель-ограничитель 5 поступает опорный сигнал со входа электроакустического преобразователя 2. Фазовый детектор б вырабатывает нанряжение О, зависящее от разности Фаз межцу сигналами, поступающими на его входы, Указанная разность является функцией частоты генератора 1 и Фа" зочастотной характеристики преобразователя 2. Выходной сигнал фазового детектора б, усиленный усилителем 9 постоянного тока, подается на входы фильтра 11 нижних частот и управляемого ограничителя 12. Этот же сигнал анализируется двухпороговым дискриминатором 10 с устройством индикации, который запрещает генератору 1 начинать технологический процесс, если захвата частоты резонанса не произошло. Одновременно с запретом включается световой или звуковой сигнал, указывающий на неис правностьС выхода управляемого ограничителя 12 сигнал поступает на вход перестройки частоты генератора 1 и поддерживает частоту генератора 1, равной частоте резонансов преобразователя 2.Для настройки на частоту резонанса преобразователя 2 разрывают цепь автоподстройки в точке А, и, изменяя частоту генератора 1, устанавливают максимальные показания индикатора резонанса 4 ффазовращателемфи8 получают сигнал "Захват" на выходе дискриминатора 10 замыкают цепь автоподстройки и при необходимости корректируют Фазовращателем 8 частоту генератора 1 по максимальным показателям индикатора 4Работа дискриминатора 10 основана на свойстве нормально функционирующей цепи автоподстройки поддерживать напряжение на выходе фазового детектора б близким к нулю. Другой особенностью нормальнофункци онирующей системы автоподстройки является то, что величина и знакУльтразвуковой генератор, содер 15 жащий последовательно соединенные сигнала на выходе усилителя 9 постоянного тока является Функцией дрейФа резонансной частоты преобразователя 2 относительно частоты генератора 1. Величину этого дрейфа Ьоюможно представить в виде двух компо. нент : медленной (низкочастотное).Ьс 4 С) ,обусловленной температурнымдрейфом частоты генератора 1 и изменением резонансной частоты преобразователя 2 в результате старения,;нагрева и износа; и быстрой (высокочастотной) Лш(Ц, которая вызвана изменениями резонансной частотыпреобразователя 2 при осуществлениитехнологического воздействия,ЬЮЮ == Ьци 1) + Ь щз Н), обычно ЬШИт)ЬЫж поэтому основной вклад в величину дрейфа Ьо) вносит Дюй. С другой стороны, максимум Даби) достигается при нормальных условиях эксплуатации в конце процесса при сварке в период времени от выключения ультразвука до подъема инструмента), когда сила инструмента Р становится меньше силы сопротивления его перемещению Рщ В ходе технологическогопроцесса ЬаЬ 4 дщ где дд- полоса захвата, поэтому появляется возможность ограничить величину корректирующего воздействия по ЬыьЬ), например, величиной, не превышающей полосу захвата ЬшЬ.Низкочастотная составляющая дрейфа да выделяется Фильтром 11 нижних частот, который управляет ограничителем 12 и имеет постоянную времени, значительно большую чем максимальное время технологического воздействия Т,ГФт. Управление частотой генератора 1 через управляемый ограничитель 12 увеличивает полосу захвата , д о дъь м) и ограничивает изменение частоты генератора 1в процессе технологического воздействия величиной полосы захвата ды 3В то же время ограничитель 12 не изменяет полосу удержания системы автоподстройки для медленных изменений частоты. Таким образом, благодаря введению фильтра 11 нижних частот и управляемого ограничителя 12 удается обеспечить устойчивую работу системы авто-. 25 ЗО 35 40 45 50 подстройки на частоте резонанса преобразователя даже в случае, если дщн дед)дш 9, Известные генеРатоРы этим свойством не обладают.Благодаря введению двухпорогового дискриминатора 10, удается снизить время восстановления генератора, что позволяет повысить реальную производительность оборудования, а в ряде случаев и увеличить процент выхода данных. Формула изобретения управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, а также последовательно соединенные фазовый детектор и усилитель постоянного тока, при этомвыход управляемого генератора через первый усилитель-ограничитель соединен с первым входом Фазового детектора, а датчик механических колебаний через последовательно соединенные фаэовращатель и второйусилитель-ограничитель соединен совторым входом фазового детектора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения устойчивости работы на заданной частоте резонансазлектроакустического преобразователя, между выходом усилителя постоянного тока и входом перестройкичастоты управляемого генераторавведены последовательно соединенныефильтр нижних частот и управляемыйограничитель, другой вход которогоподключен к выходу усилителя постоянного тока, а между выходом фазового детектора и управляющиМ входомуправляемого генератора введен двухпороговый дискриминатор с устройством индикации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "Электротехника", 1972, Р 1,с, 8-10.2. Авторское свидетельство СССРР 213114, кл. Н 03 В 3/04, 10.11.668967 бО ва Корректор Н. С Составитель Л.А едактор А.Власенко Техред А. СавкаПодписное 4/ илиал ППП фПатентф, г. Ужгор ектная,Заказ 11724/44 Тираж 953 ВИИИПИ Государственного комитета СС по дЕлам изобретений и открнтий 113035, Москва, Ж, Рауюскаа наб., д