EP0217694A1 - Method and device for electrically powering a transducer generating sonic and ultrasonic vibrations - Google Patents
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- EP0217694A1 EP0217694A1 EP86401833A EP86401833A EP0217694A1 EP 0217694 A1 EP0217694 A1 EP 0217694A1 EP 86401833 A EP86401833 A EP 86401833A EP 86401833 A EP86401833 A EP 86401833A EP 0217694 A1 EP0217694 A1 EP 0217694A1
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- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/0207—Driving circuits
- B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
- B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
- B06B1/0246—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
- B06B1/0253—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken directly from the generator circuit
Definitions
- the invention relates to a method and a device for supplying power to a transducer which generates both sound and ultrasonic vibrations.
- the transducer behaves in a certain way and for example as a pure resistive load, inducing no phase difference between voltage and current, and not as a more inductive or capacitive load
- the frequency of the supply must be determined with reference to the resonant frequency of the acoustic line constituting the load of the transducer such as a tool and more precisely with reference to one of the two resonant frequencies which are present, a series resonant frequency and a parallel resonant frequency called anti-resonance.
- the characteristic is exploited that, at said resonant frequencies, the phase shift between the voltage and the current of the power supply is zero.
- the frequency of this power supply is gradually modified to sweep a certain frequency range until it stops on that where there is cancellation of the phase shift.
- the corresponding frequency is then retained as the reference frequency of the corresponding acoustic line when it is used in the research conditions.
- an oscillator controlled by a voltage which delivers a signal whose frequency is a function of the control voltage applied to it and which comes from a control member, either manual, more generally automatic such as a microcomputer.
- This microcomputer then receives either, from a continuous sampling device, signals representative of the current and the voltage, or, from a phase comparator, a signal representative of the phase shift between the aforementioned signals and this information received by the microcomputer are converted from their initial analog form into a digital form acceptable by said microcomputer, just as its output instructions are then from their initial digital form converted into an analog form compatible with the controlled oscillator.
- This analog signal is therefore produced by the phase comparator.
- the known supply devices are not at all suitable when their transducer has to work, on the one hand, at high power, hence unequal variations in speed and in importance of the resonant frequency, but also, on the other hand, in a lasting, if not continuous, manner from which results in particular heating and wear of the sonotrode also inducing significant variations in the frequency of resonance.
- a result which the invention aims to obtain is a method and a device for supplying power to a transducer with which the agreement on the working frequency follows the very rapid and significant modifications of this frequency.
- a method and an intelligent device which, while following the very rapid and significant modifications of the resonant frequency, makes it possible to disregard it within a certain limit fixed beforehand.
- Another result which the invention aims to obtain is such a method and such a device with which the agreement is sufficiently precise to be made both with reference to the series resonant frequency and to the parallel resonant frequency where the power under load is stronger than at rest and where, therefore, the maximum power is provided at the time useful for work where optimal performance and although at this frequency, the current is very low and difficult to measure.
- a method and such a device which allow uses requiring different frequencies and powers and for example both for tasks requiring a large power such as machining and assistance electroerosion, electrochemical polishing, extrusion, than for conventional stains such as welding and washing.
- adapter control signals are each produced determining an output frequency and by which, by not taking account that of the possible existence of a phase shift requiring correction, whatever the value and that of the direction of this phase shift, the progressive modification of the frequency is controlled in the direction required by the direction of the phase shift until 'upon the occurrence of one of the two situations which are either the disappearance of the phase difference requesting correction, or the arrival at the limit previously fixed to the modification of the frequencies from the starting frequency of this modification.
- These means 3 are connected by lines 4, 5 to means 6 to 8 which analyze them and provide information on the voltage and the current of the supply of the transducer 2 and in particular on their phase shift D f and on the direction Sf of this phase shift.
- the main circuit 1 has its end opposite to that connected to the transducer 2 which is connected to the output of an adapter 14 ensuring the electrical supply of said transducer 2.
- This adapter has a main input 15 and a control input.
- the main input 15 of the adapter 14 is connected to the sector 16 by a suitable member 17 such as a rectifier and possibly an autotransformer.
- a circuit breaker 22 can be interposed between this member 17 and the adapter 14 and, optionally, a suppressor 23 such as an integrator circuit.
- the adapter 14 For the step of finding the tuning frequency of an acoustic line, the adapter 14 has its control input which, by a line 13, is connected to a control member 11 comprising a processor and which sends signals 12 each determining a different value of the frequency at the output of the adapter 14, which makes it possible to control a frequency sweep until the phase shift is canceled.
- the transducer 2 may lose its ability to resonate in the frequency search range, and in this situation, the device may not make it possible to find the frequency of agreement in spite of a sweep during which, for example, the phase shift has varied between minus ninety degrees and minus twenty degrees or seventy degrees but therefore without going through zero degree, that is to say by the frequency of agreement.
- a fictitious phase shift C f for example of thirty degrees, is created between U and I, and, at low power, a second scan is carried out which, taking the example above and due to the fictitious phase shift, will lead to a phase shift of minus sixty to plus ten degrees which will therefore go through zero degrees, that is to say by the tuning frequency.
- the power is increased so that the device maintains the agreement and then the fictitious phase shift is eliminated, which shows a real phase shift, of opposite direction and same value but that, in the manner described below, the device detects which allows it to immediately control a catch-up.
- the device In order to operate the adapter 14 at a working frequency determined with reference to the previously desired tuning frequency and the evolution of working conditions, the device is controlled.
- the adapter 14 has its control input which receives signals 12 and which, for this purpose, by a circuit 9, 10 is connected to the analysis means 6, 7 and 8 for, in particular, with the adapter, the main circuit 1, the lines 4, 5 and the analysis means 6 to 8 form a command and control loop for the adapter 14.
- the control member 11 is maintained in said control and command loop and, by means of its processor and, as a function of the information supplied to this processor and in particular of information from means 6 to 8 for analyzing and supplying the phase shift D f and the direction S f of the phase shift between the current I and the voltage U of the power supply of the transducer 2, signals 12 for controlling the adapter are produced each determining an output frequency and by which, taking into account only the possible existence of a phase shift requesting correction, whatever the value and only in the direction of this phase shift, the progressive modification of the frequency is controlled in the direction required by the direction of the phase shift until one of the two situations occurs, either the disappearance of the phase difference requiring correction, or the arrival at limit previously fixed to the modification of the frequencies since the starting frequency of this modification.
- the modifications to the position of the working frequency chosen so as to take account of changes in working conditions during the servo-control of the device naturally have limits by detecting the crossing which we detect abnormal operation such as a machining incident, tool break ...
- the frequency modification is interrupted at at least one of these normal operating limits and, possibly, after at least one new attempt, issues a fault signal such as a visual or audible alarm and / or an installation shutdown command.
- a fault signal such as a visual or audible alarm and / or an installation shutdown command.
- the position and the extent of the frequency modification, the phase shift tolerance and the limits of normal operation are determined by a low power analysis of the overall behavior of the load and as a function of the frequency at which it is desired. to work.
- the device is preferably adjusted so that the working frequency of the transducer corresponds to the parallel resonant frequency as shown in the above, the device can also operate at the frequency of resonance or any other frequency.
- the processor card 11 offers a choice of programs adapted to each task and other advantages such as adjustment and control of the power supplied to the transducer.
- the analysis means 6 to 8 comprise a filter 6 responsible for finding the fundamental signal before addressing it by a circuit 7 by means 8 consisting of a shaping means 8 which analyzes it to extract it.
- the two aforementioned pieces of information which are one the phase shift D f and the other the direction of phase shift S f between U and I.
- control member 11 may include a synthesizer.
- the adapter 14 preferably consists of at least one power inverter 19, the switches of which, by a card 20, are controlled sequentially as a function of the synthesis of the signals 12 received at its input, which signals are preferably digital in nature.
- the device also comprises means, which can be integrated into processor control devices ensuring power regulation 21 by acting either on the member 17 by which the device is connected to the sector 16 if it 1 includes a controlled rectifier or a variable autotransformer, either on inverter 19.
- the circuit breaker 22 can be controlled from several points and for example from a frame controller (voltmeter, ammeter), a setpoint, the processor card of the member 11 or the fault signal.
- a frame controller voltage, ammeter
- a setpoint the processor card of the member 11 or the fault signal.
- the inverters preferably have a limiter 24 ensuring them faster personal protection.
- the entire device is monitored and controlled by the processor card which supplies the main frequency 12, the command 21 for adjusting the power and tripping 25, the display 26 of the tasks performed and of the causes of stoppage.
Abstract
Description
L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations tant sonores qu'ultrasonores.The invention relates to a method and a device for supplying power to a transducer which generates both sound and ultrasonic vibrations.
Afin que le transducteur se comporte d'une certaine manière et par exemple comme une charge résistive pure, n'induisant aucun déphasage entre tension et courant, et non comme une charge plus selfique ou capacitive, on sait que la fréquence de l'alimentation doit être déterminée en référence à la fréquence de résonance de la ligne acoustique constituant la charge du transducteur tel un outil et plus précisément en référence à l'une des deux fréquences de résonance qui sont présentes, une fréquence de résonance série et une fréquence de résonance parallèle dite d'anti-résonance.So that the transducer behaves in a certain way and for example as a pure resistive load, inducing no phase difference between voltage and current, and not as a more inductive or capacitive load, we know that the frequency of the supply must be determined with reference to the resonant frequency of the acoustic line constituting the load of the transducer such as a tool and more precisely with reference to one of the two resonant frequencies which are present, a series resonant frequency and a parallel resonant frequency called anti-resonance.
On commence donc par rechercher l'une des fréquences de résonance propre à chaque ligne acoustique alimentée par le dispositif.We therefore start by looking for one of the resonance frequencies specific to each acoustic line supplied by the device.
A cet effet, on exploite la particularité selon laquelle, aux dites fréquences de résonance, le déphasage entre la tension et le courant de l'alimentation est nul.To this end, the characteristic is exploited that, at said resonant frequencies, the phase shift between the voltage and the current of the power supply is zero.
Pour cela, pendant qu'on mesure le déphasage entre la tension et le courant de l'alimentation, la fréquence de cette alimentation est progressivement modifiée pour balayer une certaine plage de fréquence jusqu'à arrêt sur celle où il y a annulation du déphasage.For this, while measuring the phase shift between the voltage and the current of the power supply, the frequency of this power supply is gradually modified to sweep a certain frequency range until it stops on that where there is cancellation of the phase shift.
La fréquence correspondante est alors retenue comme fréquence de référence de la ligne acoustique correspondante lors de son emploi dans les conditions de la recherche.The corresponding frequency is then retained as the reference frequency of the corresponding acoustic line when it is used in the research conditions.
Pour cette étape de recherche, dans la plupart des dispositifs connus est utilisé un oscillateur contrôlé par une tension qui délivre un signal dont la fréquence est fonction de la tension de contrôle qui lui est appliquée et qui provient d'un organe de commande soit manuel, soit plus généralement automatique tel un micro-ordinateur.For this research step, in most of the known devices, an oscillator controlled by a voltage is used which delivers a signal whose frequency is a function of the control voltage applied to it and which comes from a control member, either manual, more generally automatic such as a microcomputer.
Ce micro-ordinateur reçoit alors soit, d'un dispositif d'échantillonnage continu, des signaux représentatifs du courant et de la tension, soit, d'un comparateur de phases, un signal représentatif du déphasage entre les signaux précités et ces informations reçues par le micro-ordinateur sont converties depuis leur forme initiale analogique en une forme numérique acceptable par le dit micro-ordinateur de même que ses instructions de sortie sont alors depuis leur forme initiale numérique converties en une forme analogique compatible avec l'oscillateur contrôlé.This microcomputer then receives either, from a continuous sampling device, signals representative of the current and the voltage, or, from a phase comparator, a signal representative of the phase shift between the aforementioned signals and this information received by the microcomputer are converted from their initial analog form into a digital form acceptable by said microcomputer, just as its output instructions are then from their initial digital form converted into an analog form compatible with the controlled oscillator.
La conversion notamment de la forme analogique vers la forme numérique nécessite toutefois de laisser stabiliser le résultat avant son exploitation, ce qui freine notamment le processus de recherche de la fréquence d'accord si l'on veut éviter des erreurs.The conversion, in particular from the analog form to the digital form, however requires allowing the result to stabilize before it is used, which in particular slows down the process of finding the tuning frequency if one wishes to avoid errors.
L'utilisation d'un oscillateur contrôlé par une tension rentre en outre des erreurs liées à la dérive du dit oscillateur. Lorsque au moins une des fréquences de résonance d'une ligne acoustique a été identifiée, il faut bien entendu pour l'utilisation de cette ligne acoustique faire en sorte que son alimentation s'opère sous une fréquence de travail déterminée en référence à cette fréquence de résonance mais aussi tenir compte du fait que cette fréquence de référence n'est valable que dans les conditions de l'étape de recherche et, par exemple, une nouvelle fréquence devra être recherchée :
- - en cas d'augmentation de la puissance d'alimentation et/ou de la charge de l'outil mais encore,
- - suite à des influences extérieures telles la dérive en température, l'arrosage ...
- - in the event of an increase in the power supply and / or the load of the tool but also,
- - following external influences such as temperature drift, watering ...
C'est pourquoi, outre la procédure et les moyens de recherche préalable d'au moins l'une des fréquences de résonance, dans toutes les réalisations connues (DE-A-3.428.523 et US-A-4.275.363) sont prévus une procédure et des moyens d'asservissement assurant qu'ensuite l'alimentation du transducteur soit, à partir de la fréquence de référence, ajustée en fonction de l'incidence sur le déphasage de l'évolution des conditions qui étaient celles de l'étape de recherche.This is why, in addition to the procedure and the means of prior search for at least one of the resonance frequencies, in all the known embodiments (DE-A-3,428,523 and US-A-4,275,363) are provided. a control procedure and means ensuring that the supply of the transducer is then, from the reference frequency, adjusted as a function of the effect on the phase shift of the evolution of the conditions which were those of the step of research.
Pour cet asservissement, dans tous les dispositifs connus, il est fait appel à un circuit constituant une boucle à verrouillage de phase ou fonctionnant comme telle à savoir qu'au lieu de la tension de contrôle élaborée par le moyen de commande qui, lors de l'étape de la recherche produisait le balayage en fréquence, l'oscillateur contrôlé reçoit un signal analogique représentatif' de la modification significative en plus ou en moins du déphasage entre la tension et le courant de l'alimentation du transducteur pour, via l'oscillateur contrôlé, tenter de parvenir à une correction suffisante de la fréquence, ce qui nécessite bien sûr qu'entretemps, la fréquence n'ait pratiquement pas eu le temps de changer.For this control, in all known devices, use is made of a circuit constituting a phase locked loop or operating as such, namely that instead of the control voltage produced by the control means which, during the 'research stage produced the frequency sweep, the controlled oscillator receives an analog signal representative' of the significant change in plus or minus the phase difference between the voltage and the current of the transducer supply for, via the oscillator controlled, try to achieve a sufficient correction of the frequency, which of course requires that in the meantime, the frequency has hardly had time to change.
Ce signal analogique est à cet effet élaboré par le comparateur de phases.This analog signal is therefore produced by the phase comparator.
Toutefois, ne pouvant fournir que des tensions limitées, une telle boucle à verrouillage de phases ne convient que, pour rattraper des évolutions restant dans des limites assez strictes en importance et en rapidité car :
- - la plage de rattrapage est fixe et étroite et ne permet par exemple pas toujours des variations de puissance et/ou charge sans passer par une nouvelle étape de recherche et,
- - la réaction de la boucle a une vitesse qui varie avec l'importance du rattrapage à réaliser.
- the take-up range is fixed and narrow and does not, for example, always allow variations in power and / or load without going through a new search stage and,
- - the reaction of the loop at a speed which varies with the importance of the catch-up to be carried out.
C'est pourquoi les réalisations connues ne sont utilisées que dans des applications où les évolutions des conditions de l'étape de recherche et/ou leur incidence sur le déphasage resteront en principe dans de telles limites quant à leur importance et/ou leur rapidité.
- C'est ainsi que :
- - pour limiter l'évolution des conditions influant sur la fréquence d'accord, on réserve l'application du dispositif à des taches ne nécessitant qu'une utilisation intermittente et à faible puissance telle la soudure et le lavage pour entre autre limiter les dérives en température du transducteur et de la boucle, dérives qui détruiraient la stabilité de la fréquence et,
- - pour limiter l'évolution du déphasage résultant de l'évolution des conditions de l'étape de recherche, on ne travaille de préférence qu'à la fréquence de résonance série, vers laquelle les variations de fréquences en fonction de l'évolution des dites conditions sont moins importantes et moins rapides que vers la fréquence de résonance parallèle avec incidemment l'avantage découlant du fait qu'à la fréquence série, le courant est élevé et, de ce fait, le courant comme la tension peuvent être aisément mesurés en vue d'en contrôler le déphasage même si en fait l'adoption de cette fréquence de résonance série présente l'inconvénient de ce que la puissance disponible est plus faible pendant le travail donc lorsqu'elle serait nécessaire que pendant le repos où elle ne peut que provoquer inutilement un échauffement et donc une dérive du transducteur. De tels dispositifs à boucle de verrouillage de phase ne permettent pas non plus de tenir compte d'une tolérance ou d'un écart entre la fréquence de travail et celle de référence, par exemple, pour limiter les actions de rattrapage.
- Thus :
- - to limit the evolution of the conditions influencing the tuning frequency, the application of the device is reserved for stains requiring only intermittent use and at low power such as welding and washing in order, inter alia, to limit drift in temperature of the transducer and the loop, drifts which would destroy the stability of the frequency and,
- - to limit the evolution of the phase shift resulting from the evolution of the conditions of the research step, we preferably work only at the series resonance frequency, towards which the frequency variations as a function of the evolution of the said conditions are less important and less rapid than towards the parallel resonant frequency with incidentally the advantage arising from the fact that at the series frequency, the current is high and, therefore, both the current and the voltage can be easily measured in view to control the phase shift even if in fact the adoption of this series resonance frequency has the disadvantage that the available power is lower during work so when it would be necessary than during rest where it can only unnecessarily cause heating and therefore drift of the transducer. Such phase-locked loop devices also do not make it possible to take into account a tolerance or a difference between the working frequency and that of reference, for example, to limit the catch-up actions.
Compte tenu de l'étroitesse des limites du rattrapage permis par cette boucle, limites par exemple contrôlées par un comparateur à fenêtre, ces limites sont fréquemment franchies et la procédure d'asservissement et donc le fonctionnement du transducteur doivent être tout aussi fréquemment interrompus pour revenir en position de recherche, ce qui perturbe grandement la production.Given the narrowness of the catch-up limits allowed by this loop, limits for example controlled by a window comparator, these limits are frequently crossed and the servoing procedure and therefore the operation of the transducer must be just as frequently interrupted to return in the research position, which greatly disrupts production.
compte tenu de ce qui precede, on comprend que, notamment au fait de leur boucle d'asservissement, les dispositifs d'alimentation connus ne sont pas du tout adaptés lorsque leur transducteur doit travailler, d'une part, à grande puissance d'où des variations inégales en rapidité et en importance de la fréquence de résonance, mais aussi, d'autre part, de manière durable, sinon continue, d'où notamment résulte un échauffement et une usure de la sonotrode induisant également des variations importantes de la fréquence de résonance.in view of the above, it is understood that, in particular because of their control loop, the known supply devices are not at all suitable when their transducer has to work, on the one hand, at high power, hence unequal variations in speed and in importance of the resonant frequency, but also, on the other hand, in a lasting, if not continuous, manner from which results in particular heating and wear of the sonotrode also inducing significant variations in the frequency of resonance.
Cette inadaptation est également liée au fait que, vus leur importance, les changements de fréquence peuvent dépasser l'écart de fréquence existant entre les fréquences de résonance série et de résonance parallèle, écart qui n'est que de quelques dizaines de hertz, et parvenir dans une zone de fréquence où le déphasage a un signe semblable à celui d'un changement dans l'autre sens, ce qui peut alors conduire la boucle à imposer une correction opposée à celle nécessaire.This inadequacy is also linked to the fact that, given their importance, frequency changes can exceed the frequency difference between the series resonance and parallel resonance frequencies, which is only a few tens of hertz, and reach in a frequency zone where the phase shift has a sign similar to that of a change in the other direction, which can then lead the loop to impose a correction opposite to that necessary.
Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé et un dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur avec lesquels l'accord sur la fréquence de travail suit les modifications mêmes rapides et importantes de cette fréquence. Est aussi un résultat que l'invention vise à obtenir, un procédé et un dispositif intelligent qui tout en suivant les modifications mêmes rapides et importantes de la fréquence de résonance, permette de ne pas en tenir compte à l'intérieur d'une certaine limite fixée au préalable.A result which the invention aims to obtain is a method and a device for supplying power to a transducer with which the agreement on the working frequency follows the very rapid and significant modifications of this frequency. Is also a result which the invention aims to obtain, a method and an intelligent device which, while following the very rapid and significant modifications of the resonant frequency, makes it possible to disregard it within a certain limit fixed beforehand.
Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est un tel procédé et un tel dispositif avec lesquels l'accord est suffisamment précis pour se faire en référence aussi bien à la fréquence de résonance série qu'à la fréquence de résonance parallèle où la puissance en charge est plus forte qu'au repos et où, de ce fait, le maximum de puissance est fourni au moment utile au travail d'où un rendement optimal et ce bien qu'à cette fréquence, le courant soit très faible et difficile à mesurer. Est également un résultat un tel procédé et un tel dispositif qui permettent des utilisations demandant des fréquences et puissances différentes et par exemple tant pour des tâches demandant une grande puissance telles l'usinage et l'assistance à 1'électro-érosion, au polissage électrochimique, à l'extrusion, que pour des taches classiques telles le soudage et le lavage.Another result which the invention aims to obtain is such a method and such a device with which the agreement is sufficiently precise to be made both with reference to the series resonant frequency and to the parallel resonant frequency where the power under load is stronger than at rest and where, therefore, the maximum power is provided at the time useful for work where optimal performance and although at this frequency, the current is very low and difficult to measure. Is also a result such a method and such a device which allow uses requiring different frequencies and powers and for example both for tasks requiring a large power such as machining and assistance electroerosion, electrochemical polishing, extrusion, than for conventional stains such as welding and washing.
A cet effet, elle a pour objet un procédé du type précité notamment caractérisé en ce que lors de l'étape d'asservissement, au lieu de déconnecter l'organe de commande et de fermer la boucle de commande et de contrôle pour la faire fonctionner comme une boucle à verrouillage de phase, on maintient l'organe de commande dans la dite boucle de contrôle et de commande et, au moyen de son processeur et, en fonction des informations qu'on fournit à ce processeur et notamment des informations issues des moyens d'analyse et de fourniture du déphasage et du sens du déphasage entre le courant et la tension de l'alimentation du transducteur , on élabore des signaux de commande de l'adaptateur déterminant chacun une fréquence de sortie et par lesquels, en ne tenant compte que de l'existence éventuelle d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur et que du sens de ce déphasage, on commande la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens du déphasage jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont, soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la modification des fréquences depuis la fréquence de départ de cette modification.To this end, it relates to a process of the aforementioned type, in particular characterized in that, during the servoing step, instead of disconnecting the control member and closing the command and control loop to make it operate like a phase locked loop, the control member is maintained in said control and command loop and, by means of its processor and, as a function of the information provided to this processor and in particular of information from means of analysis and supply of the phase shift and of the direction of the phase shift between the current and the voltage of the transducer supply, adapter control signals are each produced determining an output frequency and by which, by not taking account that of the possible existence of a phase shift requiring correction, whatever the value and that of the direction of this phase shift, the progressive modification of the frequency is controlled in the direction required by the direction of the phase shift until 'upon the occurrence of one of the two situations which are either the disappearance of the phase difference requesting correction, or the arrival at the limit previously fixed to the modification of the frequencies from the starting frequency of this modification.
Elle a également pour objet le dispositif d'alimentation mettant en oeuvre ce procédé.It also relates to the supply device implementing this method.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :
- Figure 1 : le dispositif d'alimentation et le transducteur,
- Figure 2 : des courbes d'impédance en fonction de la fréquence, l'une au repos A, l'autre en charge B avec en abrégé l'indication des positions de fréquencede résonance série frs et résonance frp.
- Figure 1: the supply device and the transducer,
- Figure 2: impedance curves as a function of frequency, one at rest A, the other under load B with abbreviated indication of the frequency positions of series resonance fr s and resonance frp.
En se reportant au dessin, on voit que, dans le dispositif sur le circuit principal 1 d'alimentation électrique d'un transducteur 2 sont prévus de manière connue des moyens 3 dits d'échantillonnage continu, prélevant des signaux U et I représentatif du courant et de la tension de l'alimentation du transducteur 2.Referring to the drawing, it can be seen that, in the device on the main circuit 1 for the electrical supply of a
Ces moyens 3 sont reliés par des lignes 4, 5 à des moyens 6 à 8 qui les analysent et fournissent des informations sur la tension et le courant de l'alimentation du transducteur 2 et notamment sur leur déphasage Df et sur le sens Sf de ce déphasage.These means 3 are connected by lines 4, 5 to means 6 to 8 which analyze them and provide information on the voltage and the current of the supply of the
Le circuit principal 1 a son extrémité opposée à celle reliée au transducteur 2 qui est raccordée à la sortie d'un adaptateur 14 assurant l'alimentation électrique du dit transducteur 2.The main circuit 1 has its end opposite to that connected to the
Cet adaptateur a une entrée principale 15 et une entrée de contrôle.This adapter has a
L'entrée principale 15 de l'adaptateur 14 est reliée au secteur 16 par un organe approprié 17 tel un redresseur et éventuellement un autotransformateur.The
Entre cet organe 17 et l'adaptateur 14 peut être intercalé un disjoncteur 22 et, éventuellement, un dispositif d'antiparasitage 23 tel un circuit intégrateur.Between this
En vue de l'étape de recherche de la fréquence d'accord d'une ligne acoustique, l'adaptateur 14 a son entrée de contrôle qui, par une ligne 13, est reliée à un organe de commande 11 comprennant un processeur et qui lui envoie des signaux 12 déterminant chacun une valeur différente de la fréquence en sortie de l'adaptateur 14, ce qui permet de commander un balayage en fréquence jusqu'à annulation du déphasage.For the step of finding the tuning frequency of an acoustic line, the
Dans le cas d'une charge fortement amortie comme par exemple en cas de présence d'eau, le transducteur 2 peut perdre son aptitude à résonner dans la plage de recherche de fréquence, et dans cette situation, le dispositif peut ne pas permettre de trouver la fréquence d'accord malgré un balayage pendant lequel, par exemple, le déphasage a varié entre moins quatre vingt dix degrés et moins vingt degrés soit de soixante dix degrés mais donc sans passer par zéro degré c'est à dire par la fréquence d'accord.In the case of a highly damped load such as for example in the presence of water, the
Dans ce cas, par exemple par influence de l'un des moyens 6 à 8 d'analyse voire de l'organe de commande 11, on crée entre U et I un déphasage fictif Cf, par exemple de trente degrés, et, à faible puissance, on effectue un deuxième balayage qui, en reprenant l'exemple ci-dessus et du fait du déphasage fictif, va conduire à un déphasage de moins soixante à plus dix degrés qui passera donc par zéro degré c'est à dire par la fréquence d'accord.In this case, for example by influence of one of the analysis means 6 to 8 or even of the
Dans un cas pris en dehors de cet exemple où après un deuxième balayage, l'accord ne serait pas trouvé, on peut évidemment créer un déphasage fictif encore plus fort et recommencer un balayage.In a case taken outside of this example where after a second scan, the agreement would not be found, we can obviously create an even stronger fictional phase shift and start a scan again.
Lorsque l'accord est trouvé, pour après une telle procédure faire fonctionner l'adaptateur, on augmente la puissance de manière que le dispositif maintienne l'accord puis on supprime le déphasage fictif ce qui fait apparaître un déphasage réel, de sens opposé et de même valeur mais que, de la manière ci-après exposée, le dispositif détecte ce qui lui permet de commander aussitôt un rattrapage.When the agreement is found, for after such a procedure to operate the adapter, the power is increased so that the device maintains the agreement and then the fictitious phase shift is eliminated, which shows a real phase shift, of opposite direction and same value but that, in the manner described below, the device detects which allows it to immediately control a catch-up.
En vue de faire fonctionner l'adaptateur 14 à une fréquence de travail déterminée en référence à la fréquence d'accord préalablement recherchée et à l'évolution des conditions de travail, on asservit le dispositif.In order to operate the
Pour cette étape d'asservissement, l'adaptateur 14 a son entrée de contrôle qui reçoit des signaux 12 et qui, à cet effet, par un circuit 9, 10 est reliée aux moyens d'analyse 6, 7 et 8 pour, notamment, avec l'adaptateur, le circuit principal 1, les lignes 4, 5 et les moyens d'analyse 6 à 8 former une boucle de commande et de contrôle de l'adaptateur 14.For this control step, the
Selon une caractéristique essentielle du procédé selon l'invention, lors de l'étape d'asservissement, au lieu de déconnecter l'organe de commande 11 et de fermer la boucle de commande et de contrôle 3 à 10 et 12 à 14 pour la faire fonctionner comme une boucle à verrouillage de phase, on maintient l'organe de commande 11 dans la dite boucle de contrôle et de commande et, au moyen de son processeur et, en fonction des informations qu'on fournit à ce processeur et notamment des informations issues des moyens 6 à 8 d'analyse et de fourniture du déphasage Df et du sens Sf du déphasage entre le courant I et la tension U de l'alimentation du transducteur 2, on élabore des signaux 12 de commande de l'adaptateur déterminant chacun une fréquence de sortie et par lesquels, en ne tenant compte que de l'existence éventuelle d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur et que du sens de ce déphasage, on commande la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens du déphasage jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont, soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la modification des fréquences depuis la fréquence de départ de cette modification.According to an essential characteristic of the method according to the invention, during the control step, instead of disconnecting the
Bien entendu, lorsqu'à la fréquence de travail du transducteur, le déphasage est nul ou considéré tel, on ne modifie évidemment pas la fréquence correspondante.Of course, when at the working frequency of the transducer, the phase shift is zero or considered to be such, the corresponding frequency is obviously not changed.
Par contre, on note que lorsqu'il n'est pas nul, avec le procédé précité au lieu qu'au moyen d'une boucle à verrouillage de phase on détecte la valeur réelle et le sens de la différence de phase mesurée entre U et I, puis on génére une seule tension qui est fonction de cette valeur réelle et de ce sens et, enfin, avec cette seule tension on adapte la fréquence de sortie d'un oscillateur contrôlée par une tension, selon l'invention, pendant l'étape d'asservissement en ne tenant compte au niveau du déphasage que de l'existence d'un tel déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur et que du sens de ce déphasage, on élabore à l'aide du processeur de l'organe de commande 11 les signaux 12 déterminant la modification progressive par l'adaptateur de la fréquence de l'alimentation. Par exemple, au niveau de l'organe de commande, pour éviter des modifications trop hatives, on admet une tolérance de déphasage dans lequel ce déphasage est considéré comme nul et donc comme ne pas ou ne plus demander correction.On the other hand, it is noted that when it is not zero, with the aforementioned method instead of using a phase locked loop, the real value and the direction of the phase difference measured between U and I, then a single voltage is generated which is a function of this real value and of this direction and, finally, with this single voltage we adapt the output frequency of an oscillator controlled by a voltage, according to the invention, during the enslavement step taking into account at the phase shift only the existence of such a phase shift requiring correction, whatever the value and that the direction of this phase shift, it is developed using the processor of the
On peut également admettre une variation de déphasage plus importante mais limitée dans le temps ou commander un fonctionnement à une fréquence de travail différente de la fréquence de référence et pour laquelle la correction n'est donc pas ou plus demandée.It is also possible to admit a variation in phase shift which is greater but limited in time or to order operation at a working frequency different from the reference frequency and for which the correction is therefore not or no longer required.
En fonction des facteurs exposés au préambule, les modifications de la position de la fréquence de travail choisie pour, lors de l'asservissement du dispositif, tenir compte de l'évolution des conditions de travail, ont bien entendu des limites par la détection du franchissement desquelles on détecte un fonctionnement anormal tel qu'un incident d'usinage, rupture d'outil ...Depending on the factors set out in the preamble, the modifications to the position of the working frequency chosen so as to take account of changes in working conditions during the servo-control of the device naturally have limits by detecting the crossing which we detect abnormal operation such as a machining incident, tool break ...
Dans une variante de réalisation du procédé selon l'invention, lors de l'asservissement du dispositif, on interrompt la modification de fréquence à au moins l'une de ces limites de fonctionnement normal et, éventuellement, après au moins une nouvelle tentative, on émet un signal de défaut tel une alarme visuelle ou sonore et/ou une commande d'arrêt de l'installation. On détermine suivant l'application la position et l'importance de la modification de fréquence, la tolérance de déphasage et les limites de fonctionnement normal par une analyse à faible puissance du comportement global de la charge et en fonction de la fréquence à laquelle on veut travailler.In an alternative embodiment of the method according to the invention, during the servo-control of the device, the frequency modification is interrupted at at least one of these normal operating limits and, possibly, after at least one new attempt, issues a fault signal such as a visual or audible alarm and / or an installation shutdown command. Depending on the application, the position and the extent of the frequency modification, the phase shift tolerance and the limits of normal operation are determined by a low power analysis of the overall behavior of the load and as a function of the frequency at which it is desired. to work.
Afin de bénéficier du rendement optimum, on règle de préférence le dispositif de manière à ce que la fréquence de travail du transducteur corresponde à la fréquence de résonance parallèle nais ainsi que cela ressort de ce qui précède, le dispositif peut également fonctionner à la fréquence de résonance ou à toute autre fréquence.In order to benefit from optimum efficiency, the device is preferably adjusted so that the working frequency of the transducer corresponds to the parallel resonant frequency as shown in the above, the device can also operate at the frequency of resonance or any other frequency.
Ce procédé assure en particularité :
- - un fonctionnement plus stable,
- - un rattrapage de phase dont la vitesse est indépendante de l'amplitude du déphasage,
- - une plage de capture qui ne présente pas les contraintes inhérentes à une boucle à verrouillage de phase et qui est réajustée à chaque rattrapage en fréquence,
- - la carte à processeur peut donner un signal plus stable en fréquence qu'un oscillateur contrôlé par une tension,
- - un fonctionnement entièrement automatique du dispositif pour une tâche donnée,
- - un suivi intelligent de la fréquence de travail par la connaissance de modifications de cette fréquence limitée en importance et en rapidité au delà desquelles une modification n'est pas commandé,
- - une adaptabilité du dispositif à l'ensemble des utilisations des ultrasons en puissance et notamment à des applications telles l'usinage.
- - more stable operation,
- - phase catch-up whose speed is independent of the amplitude of the phase shift,
- - a capture range which does not have the constraints inherent in a phase locked loop and which is readjusted at each frequency catch-up,
- - the processor card can give a more stable signal in frequency than an oscillator controlled by a voltage,
- - fully automatic operation of the device for a given task,
- - intelligent monitoring of the working frequency by knowing changes in this frequency limited in size and speed beyond which a change is not ordered,
- - adaptability of the device to all the uses of power ultrasound and in particular to applications such as machining.
La carte à processeur 11 offre un choix de programmes adaptés à chaque tâche et d'autres avantages tels un réglage et contrôle de la puissance fournie au transducteur.The
Le dispositif permet par ailleurs d'envisager des extensions :
- - au dialogue avec une machine outil,
- - aux mesures de vibrations, de profondeur d'usinage, d'usure. Au lieu d'un
circuit 3 à 10 et 12 à 14 duquel serait déconnecté l'organe de commande 11 à processeur pour avec l'adaptateur 16 et les moyens d'analyse fonctionner comme une boucle d verrouillage de phase, les moyens d'asservissement du dispositif d'alimentation comprennentun circuit 3 à 14 incluant le dit organe de commande 11 à processeur dont, pendant l'asservissement la sortie reste reliée à l'entrée de contrôle de l'adaptateur 14 et lui fournit des signaux 12 déterminant chacun une fréquence de sortie.
- - dialogue with a machine tool,
- - vibration, machining depth, wear measurements. Instead of a
circuit 3 to 10 and from 12 to 14 which is disconnected thecontroller 11 toprocessor 16 with the adapter and the analysis means as a function of phase lock loop, the control means of the power supply device comprise acircuit 3 to 14 including the saidprocessor control member 11, the output of which, during the servo-control, remains connected to the control input of theadapter 14 and provides it withsignals 12 each determining a output frequency.
A cet effet, les moyens d'analyse 6 à 8 comprennent un filtre 6 chargé de retrouver le signal fondamental avant de l'adresser par un circuit 7 au moyen 8 consistant en un moyen de mise en forme 8 qui l'analyse pour en extraire les deux informations précitées que sont l'une le déphasage Df et l'autre le sens de déphasage Sf entre U et I.To this end, the analysis means 6 to 8 comprise a
Pour une grande stabilité en fréquence sans nécessiter de mesure de cette fréquence, l'organe de commande 11 peut comprendre un synthétiseur.For high frequency stability without requiring measurement of this frequency, the
Plutôt qu'un oscillateur contrôlé, l'adaptateur 14 est de préférence constitué d'au moins un onduleur de puissance 19 dont, par une carte 20, les interrupteurs sont commandés séquentiellement en fonction de la synthèse des signaux 12 reçus à son entrée, lesquels signaux sont de préférence de nature numérique.Rather than a controlled oscillator, the
Le dispositif comprend en outre des moyens, qui peuvent être intégrés aux dispositifs de commande processeur assurant une régulation en puissance 21 en agissant par intervention soit sur l'organe 17 par lequel le dispositif est relié au secteur 16 s'il 1 comprend un redresseur commandé ou un autotransformateur variable, soit sur l'onduleur 19.The device also comprises means, which can be integrated into processor control devices ensuring
Le disjoncteur 22 peut être commandé de plusieurs points et par exemple depuis un contrôleur à cadre (voltmètre, ampéremètre), une consigne, la carte à processeur de l'organe 11 ou le signal de défaut.The
En plus de cette protection par le disjoncteur, les onduleurs possèdent de préférence un limiteur 24 leur assurant une protection individuelle plus rapide.In addition to this protection by the circuit breaker, the inverters preferably have a
Ainsi réalisée, l'ensemble du dispositif est surveillé et contrôlé par la carte à processeur qui fournit la fréquence principale 12, la commande 21 de réglage de puissance et de disjonction 25, l'affichage 26 des tâches réalisées et des causes d'arrêt.Thus produced, the entire device is monitored and controlled by the processor card which supplies the
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