Самонастраивающаяся система управления ультразвуковой сваркой

1% 1 Ь Э СОВЕТСНИХааицмлиевии СПУБЛИН 13/0 БРЕТ ОПИСА АВТОРСКОМ Е ИЗ входнер ОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институт .сельскохозяйственного машинострое" ния(54)(57) САИОНАСТРАНВАКЗ(АЯСЯ СИСТЕМА . УПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКОЙ 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 сравниваащего 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 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, коммутатор подключен вторымом к выходу ультразвукового ге- Еатора, третьим входом - к второму выходу электромеханического возбуди" телявибраций, а вторым выходом - к вхсду электромеханического воэбу-ф. дителя вибраций, причем экспоненциальный концентратор вибраций выполнен с витыми канавками, связанными перемычкой подобно сверлу.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 50 Изобретение относится к самонаст.раивающимся системам и может бытьиспользовано в машиностроении иприборостроении для сварки пластических масс, а также в медицине, вчастности, для проведения ннутриглазных операций.Известно устройство для ультразвуковой сварки и резания металлов,содержащее ультразвуковой генераторс системой стабилизации частоты и 10амплитуды колебаний, ультразвуковойвозбудитель вибраций, концентраторвибраций, заканчивающийся специальным нолнонодным инструментом 1) .Недостаток изнестного устройстваотсутствие в нем системы автоматического регулирования мощности колебаний, что ограничивает его применение в тех случаях, когда требуетсяобеспечить заданный температурный 20режим и зоне сварки при отсутствиивозможности прямого контроля температуры.Наиболее близкой к предлагаемойявляется самонастраивающаяся система 25управления для ультразвуковой сваркии резания, содержащая последователь- ,но соединенные электромеханическийвозбудитель вибраций, экспоненциальный концентратор вибраций, датчиквибраций, усилитель с управляемымусилением и ультразвуковой генератор,второй вход усилителя с управляемымусилением соединен с выходом сравнивающего элемента (2),К недостаткам известной системыотносятся невозможность автоматической регулировки заданной температурыв зоне сварки и недостаточная точность поддержания уровня мощности колебаний при изменении акустической 40нагрузки, создаваемой изменениемсвойств сваринаемых материалов.Цель изобретения - расширениеФункциональных нозможностей и повышение точности системы. 45 чем экспоненциальный концентраторвыполнен с витыми. канавками, связанными перемычкой подобно сверлу.На фиг.1 изображена блок-схемапредлагаемой системы; на фиг.2блок-схема ультразвукового генератора) на фиг.3 - блок-схема модуляторадлительности импульсов; на фиг.4диаграммы напряжений на выходе блоков системы; на фиг.5 - графикизависимости температуры от длительности воздействия колебаний на свариваемый материал для различных (четырех) величин усилия прижатия концентратора к материалу; на фиг.бэкспоненциальный концентратор вибраций и графики распределения ультразвуковых колебаний по его длине.Система (Фиг.1) содержит сравнивающий элемент 1, электромеханическийвозбудитель 2 вибраций (ЭВВ), экспоненциальный концентратор 3 вибраций)1 кода и напряжение, модулятор 12длительности импульсов (МДИ), коммутатор 13, усилитель 14, детектор15, усилитель 16 с ограничением.Ультразвуковой генератор б включает стабилизатор 17 частоты и амплитуды, задающий генератор 18, усилитель 19 с регулируемым усилением иусилитель 20 мощности.Модулятор 12 длительностей импульсов содержит задатчик 21 периодавоздействия вибраций, сравнивающееустройство 22, сумматор 23, релейныйэлемент 24, генератор 25 пилообразных импульсов.Экспоненциальный концентратор 3вибраций имеет канавки, связанныеперемычкой подобно сверлу, что обеспечивает наряду с усилением вибраций, создаваемых возбудителем 2 вибраций, преобразование продольных колебаний нкомплексные с.существеннымпреобладанием крутильной состанляющей или чисто крутильные, которыепозволяют полностью устранить кавитационные явления в жидкой или полу-,жидкой среде, что принципиально важно при использовании устройства вмедицинеи повысить эффективностьсварки.Датчик 4 вибраций устанонлен вузловой точке экспоненциального концентратора 3 (фиг.б) иизмеряетамплитуду продольной составляющейкомплексных колебаний последнего.Система работает следующим образом,На второй вход сравнивающего элемента 1 подается задающее воздействие, равное длительности, рабочегоцикла сварки Т (фиг.4), при этом выходным сигналом сравнивающего элемента 1 через усилитель 5 включаетсяУЗГ 6 в режиме возбуждения колебаниймалой мощности. Эти колебания (П )проходят через коммутатор 13 в периоды, задаваемые МДИ 12, и воздействуют на ЭВВ 2В результате свободный конец ЭКВ 3 совершает колебаниямалой амплитуды (2-5 мкм),Д,слуаае отсутствия нагрузки наЭКВ 3 волновое распределение колебаний по его длине соответствует графику 0 (фиг.б). При прижатии к свариваемому материалу свободного концаЭКВЗ происходит перераспределениеультразвуковых колебаний по длине 15ЭКВ 3, при этом распределение их узлов и пучностей соответствует, например, графику б (фиг. 6). Смещениеузловых точек приводит к появлению)на выходе датчика 4 сигнала, пропор Оционального, например, амплитуде А .колебаний в точке установки датчика4 на ЭКВ 3. Этот сигнал, поступаяна первый вход усилителя 5, вызываетступенчатое увеличение коэффициентаусиления, что обеспечивает увеличениемощности колебаний УЗГ 6 до уровняпорядка 25-40 мкм.По истечении длительностипря(моугольного импульса воздействиявибраций уровень выходного сигнала01 МДИ 12 понижается, чем обеспечивается отключение в коммутаторе 13второго входа от второго выхода иподключение третьего входа коммутатора к первому выходу. С этого момента начинается период измерениязатухания свободных колебаний механической системы, состоящей изЭВВ 2, ЭКВ 3 и свариваемого материала, Затухание свободных колебаний 40; характеризуется числом их периодов . Цепь для измерения числа периодов состоит из последовательно соединенных блоков 14, 15, 16, 9, 10 н11Управление подачей импульсов на 45счетчик 10 осуществляется ключом 9,разрешение на включение которого ина включение счетчика 10 формируетсядифференцирующим звеном 7 и триггером 8. В режиме измерения свободныхколебаний роль датчика этих колебаний выполняет ЭВВ 2, При этом электрический сигнал П 2 с второго выходаЭВВ 2 поступает на третий вход коммутатора и передается им на первыйвыход. Сигнал П, поступает на входцепи измерения числа периодов свободных колебаний, в которой он усиливается, детектируется (05 ), преобразуется в прямоугольные импульсы(Пь ), которые через ключ 9 посту пают на первый вход счетчика 10Счетчик 10 подсчитывает количество прямоугольных импульсов в двоичнодесятичном коде, а преобразователь 11 переводит этот код в аналоГовое напряжение П . Количество периодов свободных колебаний зависит от физико-механических свойствсвариваемого ь)атериала и от .величины прижатия ЭКВ 3 к материалу. С увеличением усилия прижатия количество периодов свободных колебаний уменьшается и длительность затухания становитсяменьше 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 ультразвуковыхколебаний). Это обеспечивается тем,что с уменьшением числа импулввовв 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 иэ. мерения затухания свободных колебаний повторяются и корректируются в каждом такте работы МДИ 12.Количество требуемых тактов уста-Фнавлнвается от требуемой температуры спая и усилия прижатия ЭКВ 3 к свариваемому материалу,Требуемая продолжительность Т ра боты системы сравнивается в сравнивающем устройстве 1 с действительнымколичеством 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 окончаниюпроцесса сварки.Таким образом, автоматическое управление длительностью возбуждениявибраций обеспечивает достижение заданной температуры спая без непосредственного ее контроля, а регулировка в каждом такте длительности возбуждения вибрацийувеличивает точность достижения заданной температуры спая, т,е. повышается точность работы предлагаемой системы.1008 б 99 ЯО г Т иг.б Составитель В. Нефедовжнина Техред Т.Маточка Корректор А.Гриценк дакт аэ 2335/5 иал ППП ффПатент,ф, г. Ужгород, ул. Проектная 7 ТиражВНИИПИ Госудапо делам и 13035, Москва, Ж 872рствзобр Подписноного комитета СССРений и открытийаушская наб., д. 4/5