CN201147869Y - 大功率超声波金属焊接机自适应信号源 - Google Patents
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Abstract
大功率超声波金属焊接机自适应信号源涉及一种金属焊接机或金属探测仪等所需的大功率超声波信号源，该信号源包括混调电路(1)、压控振荡器(2)、大功率逆变器(3)、换能器(4)、功率调节电路(5)、功率反馈网络(6)、反馈信号处理电路(7)；其中，混调电路(1)、压控振荡器(2)、大功率逆变器(3)、换能器(4)顺序串联连接，功率反馈网络(6)的输入端接换能器(4)的信号输出端采集反馈信号，功率反馈网络(6)的输出端接反馈信号处理电路(7)的输入端，反馈信号处理电路(7)的输出端接混调电路(1)的反馈信号输入端，功率调节电路(5)的输出端接大功率逆变器(3)的另一输入端。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种金属焊接机或金属探测仪等所需的大功率超声波信号源，属于超声波焊接机制造的技术领域。
背景技术
大功率超声波焊机是利用高频振动产生的能量，将同种或异种金属，在适当压力下通过冷磨擦及水平运动把材料表面分子互相熔合，达到焊接之目的，超声波功率的稳定是确保焊接质量之关键。通常将声能转换成机械能的超声波换能器都是采用压电陶瓷式换能器。压电陶瓷具有品质因素极高，谐振曲线极陡，电声转换效率高的优点，但在千瓦级以上电功率加至压电陶瓷片上时，其陶瓷片内温度短时间可上升到百度以上，由于温升，陶瓷片会产生微小的形变。使其固有谐振频率参数发生变化，这时如所加大功率超声波信号的频率不随之而变，就会造成信号源频率和陶瓷片固有频率失谐，换能器输出功率大大下降，效率降低。直接严重影响工件焊接质量，这时大功率超声波焊接时必须一边工作一边调整，非常麻烦，生产效率低。就台湾一些超声波焊接厂和国内个别厂，也试图采购瑞士进口换能器来减小陶瓷片的温漂但最终只能是改善，还是解决不了功率恒定的根本问题，这就是国内大功率超声波焊机生产之难点。
发明内容
技术问题：本实用新型的目的是为克服上述由于大功率工作造成压电陶瓷片的频漂而造成输出功率下降的现象，提供了一种调试高效，方便，功率恒定的大功率超声波金属焊接机自适应信号源。
技术方案：本实用新型的大功率超声波金属焊接机自适应信号源包括混调电路、压控振荡器、大功率逆变器、换能器、功率调节电路、功率反馈网络、反馈信号处理电路；其中，混调电路、压控振荡器、大功率逆变器、换能器顺序串联连接，功率反馈网络的输入端接换能器的信号输出端采集反馈信号，功率反馈网络的输出端接反馈信号处理电路的输入端，反馈信号处理电路的输出端接混调电路的反馈信号输入端，功率调节电路的输出端接大功率逆变器的另一输入端。
混调电路中，将可调电阻的中端、调频电压和功率反馈信号的信号加至第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端接第二运算放大器的同相输入端，经第二运算放大器输出信号；将输出信号输入至压控振荡器中的压控振荡电路的第9脚进行调频，压控振荡电路的第4脚输出超声波频率信号并输入至大功率逆变器触发信号产生电路产生四组触发信号分别送至大功率逆变器的输出端“B1-B8”端，以此来驱动逆变器工作。功率反馈网络的输出功率信号输入至反馈信号处理电路产生功率反馈信号送至混调电路；若输出功率超负荷，反馈信号处理电路中产生功率超负荷信号，功率超负荷信号经反馈信号处理电路处理切断大功率逆变器电源，反馈信号处理电路输出报警信号至压控振荡器中驱动超负荷报警指示。功率调节电路的输出端“A3、A4”输出直流电压接至大功率逆变器，大功率逆变器的输出端“A1、A2”输出交流电压接至换能器。
本自适应信号源由压控振荡器(VCO)，大功率直流电源，大功率逆变器，功率调节电路，功率反馈网络，反馈信号处理电路，混调电路(图中没有该部分的内容)组成。工作原理简述如下：大功率超声波信号加至超声波换能器上产生高频大功率振动摩擦，使工件焊接在一起。如由于换能器上陶瓷片温升而使系统失谐，输出功率变化。当产生这个微小的功率变化量时，通过反馈电路的信号处理，加到混调电路改变压控振荡器的频率，使之与压电陶瓷片新的固有频率相一致而谐振，输出恒定的功率。
有益效果：经长时间工作效果非常明显。原来1500W功率时，工作半小时，输出功率下降为300W左右，而现在输出功率为1440W左右，输出功率变化大大减小，输出波形始终为正弦波，达到最佳焊接效果。现产品已有七台用于电子厂生产第一线。
在大功率金属焊接机焊接时，置于手动挡按照工件的要求设定好功率和焊接时间(在面板)，然后切换到自动挡。随着工作时间的加长换能器上压电陶瓷片温度升高会导致其固有谐振频率变化，使此与大功率信号源失谐，而造成换能器输出功率下降，焊接不牢。这时通过功率反馈网络将功率的下降值通过电流反馈方式送到反馈信号处理电路进行处理，然后送至混调电路与设定信号进行比较放大，去控制压控振荡器，改变此频率与换能器新的频率保持一致，始终处于谐振状态，保持功率的恒定，整个过程电路自动适时跟踪。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图，其中有：混调电路1、压控振荡器2、大功率逆变器3、换能器4、功率调节电路5、功率反馈网络6、反馈信号处理电路7。
图2是本实用新型中混调电路1的电路原理图。
图3是本实用新型中压控振荡器2的电路原理图。
图4是本实用新型中大功率逆变器3的电路原理图。
图5是本实用新型中功率反馈网络6的电路原理图。
图6是本实用新型中换能器4的电路原理图。
图7是本实用新型中功率调节电路5的电路原理图。
图8是本实用新型中反馈信号处理电路7的电路原理图。
具体实施方式
参照附图1，本实用新型的大功率超声波金属焊接机自适应信号源包括混调电路1、压控振荡器2、大功率逆变器3、换能器4、功率调节电路5、功率反馈网络6、反馈信号处理电路7；其中，混调电路1、压控振荡器2、大功率逆变器3、换能器4顺序串联连接，功率反馈网络6的输入端接换能器4的信号输出端采集反馈信号，功率反馈网络6的输出端接反馈信号处理电路7的输入端，反馈信号处理电路7的输出端接混调电路1的反馈信号输入端，功率调节电路5的输出端接大功率逆变器3的另一输入端。
参照附图2，混调电路1中，将可调电阻Rw6的中端、调频电压和功率反馈信号A7的信号加至第一运算放大器A1-3的输入端，第一运算放大器A1-3的输出端接第二运算放大器A1-4的同相输入端，经第二运算放大器A1-4输出信号A5；参照附图3，将输出信号A5输入至压控振荡器IC5的第9脚进行调频，压控振荡器IC5的第4脚输出超声波频率信号A0，参照附图4，超声波频率信号A0输入至大功率逆变器3触发信号产生电路产生四组触发信号分别送至大功率逆变器3的输出端B1-B8端，以此来驱动逆变器工作。参照附图5、6、7、8，功率反馈网络6的输出功率信号A8输入至反馈信号处理电路7产生功率反馈信号A7送至混调电路1；如输出功率超负荷，反馈信号处理电路7中产生功率超负荷信号A9，功率超负荷信号A9经反馈信号处理电路7处理可切断大功率逆变器电源，反馈信号处理电路7输出报警信号A6至压控振荡器2中驱动超负荷报警指示。功率调节电路5的输出端“A3、A4”输出直流电压至大功率逆变器3，大功率逆变器3的输出端“A1、A2”输出交流电压至换能器4。
当换能器固有谐振频率由于温升发生变化时，输出功率将发生变化。功率的变化通过电流的互感反馈至反馈信号处理单元，和门限设定值进行比较放大，产生一个正或负的电压送至混调电路1，混调电路1将频率设定值的电压信号和反馈信号处理电路7送来的电压信号经过运算放大去控制锁相环的输出频率，使之与换能器频率一致，保持始终谐振状态，确保输出功率不变，保证了焊接质量。
大功率直流电源采用可调模块电源(0-5KW可变)。压控振荡器采用CD4046PLL锁相环电路。低压电路和大功率高压电路隔离，防止干扰。调整好大功率电路和换能器的匹配，使输出机械能最大。
以下为主要元件的清单
| 名称 | 编号 | 型号 |
| 三极管 | C1008-1 | C1008 |
| 三极管 | C1008-2 | C1008 |
| 三极管 | C1008-3 | C1008 |
| 三极管 | C1008-4 | C1008 |
| 三极管 | C1008-5 | C1008 |
| 三极管 | C1008-6 | C1008 |
| 三极管 | 5401-1 | 5401 |
| 三极管 | 5401-2 | 5401 |
| 运算放大器 | A1-2 | LM324 |
| 运算放大器 | A1-3 | LM324 |
| 运算放大器 | A1-4 | LM324 |
| 运算放大器 | A2-1 | LM324 |
| 运算放大器 | A2-2 | LM324 |
| 运算放大器 | A2-3 | LM324 |
| 运算放大器 | Y1 | 3140 |
| 运算放大器 | Y2 | 3140 |
| 桥堆 | BRIDGE1 | IN4007 |
| 桥堆 | BRIDGE2 | IN4007 |
| 桥堆 | BRIDGE3 | IN4007 |
| 稳压电源 | IC1 | 7815 |
| 稳压电源 | IC2 | 7915 |
| 稳压电源 | IC3 | 7805 |
| 基准电源 | IC4 | 1403 |
| 功率场效应管 | J1 | IRFP460 |
| 功率场效应管 | J2 | IRFP460 |
| 功率场效应管 | J3 | IRFP460 |
| 功率场效应管 | J4 | IRFP460 |
| 反相器 | U1-1 | 4069 |
| 反相器 | U1-2 | 4069 |
| 反相器 | U1-3 | 4069 |
| 反相器 | U1-4 | 4069 |
| 反相器 | U1-5 | 4069 |
| 反相器 | U1-6 | 4069 |
| 反相器 | U2-1 | 4069 |
| 反相器 | U2-2 | 4069 |
| 反相器 | U2-3 | 4069 |
| 反相器 | U2-4 | 4069 |
| 反相器 | U2-5 | 4069 |
| 反相器 | U2-6 | 4069 |
| 锁相环电路 | IC5 | 4046 |
| 调压模块 | EUV2 | EUV-20A |
Claims (4)
1、一种大功率超声波金属焊接机自适应信号源，其特征在于该信号源包括混调电路(1)、压控振荡器(2)、大功率逆变器(3)、换能器(4)、功率调节电路(5)、功率反馈网络(6)、反馈信号处理电路(7)；其中，混调电路(1)、压控振荡器(2)、大功率逆变器(3)、换能器(4)顺序串联连接，功率反馈网络(6)的输入端接换能器(4)的信号输出端采集反馈信号，功率反馈网络(6)的输出端接反馈信号处理电路(7)的输入端，反馈信号处理电路(7)的输出端接混调电路(1)的反馈信号输入端，功率调节电路(5)的输出端接大功率逆变器(3)的另一输入端。
2、根据权利要求1所述的大功率超声波金属焊接机自适应信号源，其特征在于混调电路(1)中，将可调电阻(Rw6)的中端、调频电压和功率反馈信号(A7)的信号加至第一运算放大器(A1-3)的输入端，第一运算放大器(A1-3)的输出端接第二运算放大器(A1-4)的同相输入端，经第二运算放大器(A1-4)输出信号(A5)；将输出信号(A5)输入至压控振荡器(2)中的压控振荡电路(IC5)的第9脚进行调频，压控振荡电路(IC5)的第4脚输出超声波频率信号(A0)并输入至大功率逆变器(3)触发信号产生电路产生四组触发信号分别送至大功率逆变器(3)的输出端“B1-B8”端，以此来驱动逆变器工作。
3、根据权利要求1所述的大功率超声波金属焊接机自适应信号源，其特征在于功率反馈网络(6)的输出功率信号(A8)输入至反馈信号处理电路(7)产生功率反馈信号(A7)送至混调电路(1)；若输出功率超负荷，反馈信号处理电路(7)中产生功率超负荷信号(A9)，功率超负荷信号(A9)经反馈信号处理电路(7)处理切断大功率逆变器电源，反馈信号处理电路(7)输出报警信号(A6)至压控振荡器(2)中驱动超负荷报警指示。
4、根据权利要求1所述的大功率超声波金属焊接机自适应信号源，其特征在于功率调节电路(5)的输出端“A3、A4”输出直流电压接至大功率逆变器(3)，大功率逆变器(3)的输出端“A1、A2”输出交流电压接至换能器(4)。
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Assignee: Nanjing Jinling Shipyard Factory, CSC Assignor: Jiangsu University of Science and Technology Contract fulfillment period: 2009.6.28 to 2015.6.28 Contract record no.: 2009320001304 Denomination of utility model: High-power ultrasonic signal source for metal welding machine Granted publication date: 20081112 License type: Exclusive license Record date: 20090729 |
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