RU2031144C1 - Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment - Google Patents
Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031144C1 RU2031144C1 SU4856580A RU2031144C1 RU 2031144 C1 RU2031144 C1 RU 2031144C1 SU 4856580 A SU4856580 A SU 4856580A RU 2031144 C1 RU2031144 C1 RU 2031144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- amplitude
- transducer
- oscillations
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическому применению ультразвуковых колебаний (УЗК) и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности, связанных с производством сварных конструкций, при разработке эффективных методов и оборудования для повышения качества, надежности и долговечности объектов производства с высокими потребительскими свойствами, работающих при больших эксплуатационных нагрузках, близких к пределам статической, динамической, малоцикловой и многоцикловой прочности конструкционных материалов. The invention relates to the technological application of ultrasonic vibrations (ultrasonic testing) and can be used in mechanical engineering, shipbuilding and other industries related to the production of welded structures, in the development of effective methods and equipment to improve the quality, reliability and durability of production facilities with high consumer properties, working at high operational loads close to the limits of static, dynamic, low-cycle and high-cycle structural strength s materials.
Известен инструмент - ультразвуковая головка для деформационного упрочнения и релаксационной обработки объектов производства. A well-known tool is an ultrasonic head for strain hardening and relaxation processing of production facilities.
Однако в этом инструменте не предусмотрена минимизация энергопотребления при заданном качестве обработки поверхности. However, this tool does not provide for minimizing energy consumption for a given quality of surface treatment.
Известно также устройство для генерирования механических колебаний ультразвуковой частоты. A device is also known for generating mechanical vibrations of ultrasonic frequency.
Недостатком его является отсутствие возможности автоматического контроля качества обрабатываемой поверхности. Its disadvantage is the lack of the ability to automatically control the quality of the processed surface.
Известен способ автоподстройки частоты (АПЧ) источника питания (ИП) резонансной колебательной системы, заключающийся в воздействии на задающий генератор ИП сигналом рассогласования, представляющим собой разность частот задающего генератора и собственных колебаний колебательной системы, замеряемых во время пауз, создаваемых при работе ИП. There is a method of automatic tuning of the frequency (AFC) of a power source (PI) of a resonant oscillatory system, which consists in exposing the PI driver to a mismatch signal, which is the difference between the frequencies of the master oscillator and the natural oscillations of the oscillatory system, measured during pauses created during operation of the PI.
Однако этот способ не решает задачи минимизации потребляемой энергии системы и автоматического поддержания заданного качества ультразвуковой обработки сварных конструкций и других объектов производства при минимальных энергетических затратах операционным технологическим комплексом. However, this method does not solve the problem of minimizing the energy consumed by the system and automatically maintaining the specified quality of ultrasonic treatment of welded structures and other production facilities with minimal energy costs by the operating technological complex.
Для достижения цели в операционный технологический комплекс, включающий инструмент, ИП и систему управления ИП, содержащую схему АПЧ резонансной колебательной системы, вводится схема обработки обратного сигнала, входящая в состав системы управления ИП и использующая в качестве контролируемого параметра амплитуду обратного сигнала, пропорциональную амплитуде механических колебаний на выходе высокодобротного электромеханического преобразователя, уровень которой в интервале заданных критических значений поддерживается посредством широтно-импульсной модуляции напряжения возбуждения на несущей резонансной частоте колебательной системы под нагрузкой. To achieve the goal, an operational technological complex, including a tool, a magnetic field and a magnetic field control system containing an AFC of a resonant oscillating system, introduces a feedback signal processing circuit that is a part of the magnetic field control system and uses the amplitude of the feedback signal proportional to the amplitude of mechanical vibrations as a controlled parameter at the output of a high-quality electromechanical converter, the level of which is maintained in the range of the specified critical values by pulse-width modulation of the excitation voltage at the carrier resonant frequency of the oscillatory system under load.
На фиг. 1 представлена эпюра огибающей УЗК, обрабатываемых схемой обработки обратного сигнала; на фиг. 2 - функциональная блок-схема операционного технологического комплекса, поясняющая работу схемы обработки обратного сигнала. In FIG. 1 presents a plot of the envelope of ultrasonic testing, processed by the processing circuit of the return signal; in FIG. 2 is a functional block diagram of an operational technological complex explaining the operation of the reverse signal processing circuit.
Сущность изобретения заключается в том, что обработка обратного сигнала с выхода высокодобротного электромеханического преобразователя в фазе собственных колебаний конструкции осуществляется следующим образом. The essence of the invention lies in the fact that the processing of the return signal from the output of a high-quality electromechanical converter in the phase of natural vibrations of the structure is as follows.
В момент включения инструмента пользователем в начале обработки конструкции программируемый адаптивный контроллер (ПАК) 5 устанавливает начальную амплитуду напряжения Uн на ИП 1, значение которой находится в блоке памяти 4. Через заданное в блоке памяти 4 число периодов УЗК nн, соответствующее интервалу времени t1, ПАК 5 выдает команду ИП 1 сделать измерительную паузу нормированной длительности τ, во время которой по следующей команде ПАК производится измерение конечного значения амплитуды Uк в блоке 3 измерения обратного сигнала (ОС), получаемого с инструмента 2. Значение Uн, Uк и nн передаются в арифметико-логическое устройство (АЛУ) 7, производящее вычисление по формуле:
Kв = где Kв - коэффициент восстановления амплитуды колебаний.At the moment of turning on the tool by the user at the beginning of the construction processing, the programmable adaptive controller (PAC) 5 sets the initial voltage amplitude U n to
K in = where K in - coefficient of recovery of the amplitude of the oscillations.
Значение Kв запоминается в блоке памяти 4. Далее АЛУ 7 производит расчет числа УЗК nн, соответствующего интервалу времени t2, в течение которого амплитуда напряжения ИП 1 должна достигнуть верхнего критического уровня Uвк, значение которого хранится в блоке памяти 4. Расчет производится по формуле:
nп =
Рассчитанное в АЛУ 7 число периодов nп, соответствующее интервалу времени t2, передается на ПАК 5 для управления ИП 1. Интервал времени t1+t2 соответствует целому импульсу УЗК. После контроля обработки рассчитанного числа УЗК nп АПК 5 выдает команду на блок измерения ОС 3 для измерения амплитуды обратного сигнала в первом периоде собственных колебаний, соответствующем новой измерительной паузе τ. Измеренное значение Uк' сравнивается с Uвк на компараторе 6. Если значение U'к не достигло Uвк, компаратор 6 выдает сигнал на АЛУ 7 для расчета нового значения по формуле:
nп =
ПАК 5 контролирует обработку nп' числа УЗК и дает команду на блок измерения ОС 3 повторить цикл измерения амплитуды обратного сигнала в следующей измерительной паузе τ, а компаратор 6 повторяет цикл сравнения вновь полученного значения Uк'' со значением Uвк. Если Uк' достигло или превысило значение Uвк, компаратор 6 выдает сигнал на ПАК 5 для снятия вынужденных УЗК на ИП 1.The value of K is stored in the
n p =
The number of periods n p calculated in
n p =
Пауза вынужденных УЗК ИП 1, соответствующая интервалу времени t3 длится до тех пор, пока амплитуда обратного сигнала с блока измерения ОС 3, постоянно контролируемая компаратором 6, не достигает заранее заданного нижнего критического уровня Uнк, значение которого хранится в блоке памяти 4. После этого компаратор 6 выдает сигнал на ПАК 5 подать команду на включение ИП 1 для следующего импульса УЗК.The pause of forced
Кроме того, в интервал времени t3 ПАК 5 выдает команду блоку измерения ОС 3 измерить амплитуды обратного сигнала с заранее заданными номерами, считая с начала интервала времени t3 например, i-тый и j-тый Ui и Uj соответственно. Эти значения поступают в АЛУ 7, которое производит расчет по формуле:
Δ = где Δ - отношение амплитуд сигналов, значение его запоминается в блоке памяти 4.In addition, in the time interval t 3 PAK 5 instructs the
Δ = where Δ is the ratio of the amplitudes of the signals, its value is stored in the
В следующей паузе вынужденных УЗК ИП1 АЛУ 7 вычисляет значение Δ'. На компараторе 6 производится сравнение значений Δ и Δ'. В случае равенства значений Δ и Δ' компаратор 6 подает сигнал на ПАК 5 дать команду на выключение ИП 1 и индикацию окончания обработки конструкции. Если значение Δ отличается от значения Δ', компаратор 6 подает сигнал ПАК 5 выдать команду ИП 1 на формирование следующего импульса УЗК для продолжения обработки конструкции. In the next pause of forced
Количество колебаний в следующем импульсе рассчитывается в АЛУ 7 по формуле:
nвк = и запоминается в блоке памяти 4. Начинается следующий рабочий период, где вместо nн в расчетах АЛУ 7 будет использовано значение nвк, а вместо Uн - значение Uвк предыдущего импульса. Это обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) импульсов УЗК, что наряду с индикацией окончания обработки позволяет минимизировать затраты энергии на обработку при нормированном ее качестве.The number of vibrations in the next pulse is calculated in
n vk = and stored in the
Схема АПЧ 8 работает независимо от схемы обработки обратного сигнала и осуществляет непрерывную подстройку частоты ИП 1. The AFC 8 circuit operates independently of the reverse signal processing circuit and continuously tunes the frequency of the
Технико-экономическая эффективность способа и операционного технологического комплекса для его реализации определяется наличием системы управления, которая наряду со схемой АПЧ 8 имеет схему обработки обратного сигнала, позволяющую получать необходимую степень обработки конструкций в зависимости от заранее заданных критических значений амплитуд обратного сигнала при одновременной минимизации потребляемой энергии, что достигается применением широтно-импульсной модуляции вынужденных УЗК и наличием индикации достижения заданной степени обработки. The technical and economic efficiency of the method and the operational technological complex for its implementation is determined by the presence of a control system, which, along with the AFC 8 circuit, has a feedback signal processing circuit that allows obtaining the necessary degree of construction processing depending on predetermined critical values of the feedback signal amplitudes while minimizing the energy consumption that is achieved by applying pulse-width modulation of forced ultrasonic testing and the presence of an indication of the achievement of a given heat of processing.
Таким образом процедура АПЧ резонансной колебательной системы осуществляется по известному методу. Thus, the AFC procedure of the resonant oscillatory system is carried out according to the known method.
Поддержание амплитуды колебаний на уровне, обеспечивающем достижение заданного качества обработки конструкции в интервале критических значений, заданных Uвк и Uнк, обеспечивается по алгоритму в последовательности, предусматривающей установку Uн, расчет nп, подстройку nп', расчет nвк, а также поддержание уровня возбуждения в интервале Uвк-Uнк.Maintaining the amplitude of oscillations at a level that ensures the achievement of the specified quality of processing of the structure in the interval of critical values specified by U vk and U nk is provided by the algorithm in the sequence that includes setting U n , calculating n p , adjusting n p ', calculating n vk , and maintaining the level of excitation in the range of U vk -U nk .
Минимизация затрат энергии при заданном уровне возбуждения достигается посредством ШИМ в пределах значений -Uн-Uк-Uвк-Uнк.Minimization of energy consumption at a given level of excitation is achieved by PWM within the values of -U n -U to -U vk -U nk .
Автоматизация контроля заданного качества обработки достигается обеспечением соотношения:
= constAutomation of control of a given quality of processing is achieved by ensuring the ratio:
= const
Claims (4)
а также количество периодов nп, необходимое для достижения верхнего критического значения амплитуды колебаний Uв к, по соотношению
4. Операционный технологический комплекс для ультразвуковой ударной обработки, содержащий ударные элементы, соединенные с ультразвуковым преобразователем, генератор, соединенный выходом с ультразвуковым преобразователем, блок памяти, средство измерения собственных механических колебаний преобразователя, выход которого через систему автоматической подстройки частоты соединен с генератором, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат энергии на обработку и повышения качества обработки, он снабжен компаратором, арифметическо-логическим устройством, программируемым адаптивным контроллером, причем второй выход средства измерения собственных механических колебаний преобразователя соединен с первым входом арифметическо-логического устройства, третий выход - с первым входом компаратора, а управляющий вход - с первым выходом программируемого адаптивного контроллера, второй выход которого соединен с вторым входом генератора, а первый, второй, третий и четвертый входы соединены соответственно с первым выходом компаратора, выходом генератора, первым выходом блока памяти, первым выходом арифметическо-логического устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, третий вход - с вторым выходом компаратора и второй выход - с первым входом блока памяти, третий выход компаратора соединен с вторым входом блока памяти, третий выход которого соединен с вторым входом компаратора.3. The method according to claim 1, characterized in that at the beginning of the ultrasonic impact treatment, the excitation voltage U n specified by the technology is applied to the transducer and the number of periods of forced oscillations n n is set , after which the amplitude U to natural vibrations is measured on the transducer, the coefficient is determined K in the restoration of the amplitude of oscillations
as well as the number of periods n p necessary to achieve the upper critical value of the amplitude of the oscillations U in k , by the ratio
4. An operational technological complex for ultrasonic impact processing, comprising percussion elements connected to an ultrasonic transducer, a generator connected to an output with an ultrasonic transducer, a memory unit, a means for measuring intrinsic mechanical vibrations of the transducer, the output of which is connected to a generator through an automatic frequency control system, characterized in that, in order to reduce energy costs for processing and improve the quality of processing, it is equipped with a comparator, arithmetic a device programmed by the adaptive controller, the second output of the measuring instrument of the mechanical vibrations of the converter connected to the first input of the arithmetic logic device, the third output to the first input of the comparator, and the control input to the first output of the programmable adaptive controller, the second output of which is connected to the second generator input, and the first, second, third and fourth inputs are connected respectively to the first output of the comparator, the output of the generator, the first output of the block memory, the first output of the arithmetic-logical device, the second input of which is connected to the second output of the memory unit, the third input - to the second output of the comparator and the second output - to the first input of the memory unit, the third output of the comparator is connected to the second input of the memory unit, the third output of which is connected with the second input of the comparator.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4856580 RU2031144C1 (en) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment |
FR9105608A FR2662180B1 (en) | 1990-05-11 | 1991-05-07 | ULTRA-SOUND SHOCK WORKING PROCESS AND OPERATIONAL TECHNOLOGY ASSEMBLY FOR ULTRA-SOUND SHOCK WORKING. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4856580 RU2031144C1 (en) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2031144C1 true RU2031144C1 (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=21530665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4856580 RU2031144C1 (en) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2662180B1 (en) |
RU (1) | RU2031144C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998043749A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Uit, L.L.C. Company (Usa) | Device for stimulating an electro-acoustic transformer |
WO1998043748A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Uit, L.L.C. Company (Usa) | Device for stimulating an electro-acoustic transformer |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458225B1 (en) | 1998-09-03 | 2002-10-01 | Uit, L.L.C. Company | Ultrasonic machining and reconfiguration of braking surfaces |
US6932876B1 (en) | 1998-09-03 | 2005-08-23 | U.I.T., L.L.C. | Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces |
US6171415B1 (en) * | 1998-09-03 | 2001-01-09 | Uit, Llc | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures |
US6338765B1 (en) | 1998-09-03 | 2002-01-15 | Uit, L.L.C. | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures |
US7301123B2 (en) | 2004-04-29 | 2007-11-27 | U.I.T., L.L.C. | Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween |
US7276824B2 (en) | 2005-08-19 | 2007-10-02 | U.I.T., L.L.C. | Oscillating system and tool for ultrasonic impact treatment |
CN110039350B (en) * | 2019-04-04 | 2020-07-31 | 汇专科技集团股份有限公司 | Ultrasonic knife handle control method, system and device and storage medium |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1334459A (en) * | 1962-06-26 | 1963-08-09 | Realisations Ultrasoniques Sa | Method and device for treating materials by ultrasound with a view to eliminating internal stresses |
RO82449A2 (en) * | 1982-11-10 | 1985-10-31 | Intreprinderea Metalurgica,Ro | METHOD AND EQUIPMENT FOR REDUCING INTERNAL TENSIONS WITH VIBRATION AID |
SU1420035A1 (en) * | 1987-02-23 | 1988-08-30 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Method of treating welded metal structures |
-
1990
- 1990-05-11 RU SU4856580 patent/RU2031144C1/en active
-
1991
- 1991-05-07 FR FR9105608A patent/FR2662180B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1420035, кл. C 21D 1/04, 1987. * |
Авторское свидетельство СССР N 1562841, кл. G 01N 29/00, 1988. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998043749A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Uit, L.L.C. Company (Usa) | Device for stimulating an electro-acoustic transformer |
WO1998043748A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Uit, L.L.C. Company (Usa) | Device for stimulating an electro-acoustic transformer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2662180B1 (en) | 1994-02-04 |
FR2662180A1 (en) | 1991-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2180275C2 (en) | Method for exciting electroacoustic converter | |
CN106950832B (en) | ultrasonic dispersion control device using cavitation intensity feedback | |
KR950033496A (en) | Method and apparatus for operating a generator that provides high frequency power to an ultrasonic transducer | |
RU2031144C1 (en) | Method of and system for on-load ultrasonic impact treatment | |
US4736130A (en) | Multiparameter generator for ultrasonic transducers | |
KR970020257A (en) | Control Method and Device of Power Ultrasonic Actuator | |
US3254284A (en) | Ultrasonic vibration generators | |
US6979376B2 (en) | Method for machining, such as soldering or deformation, a workpiece | |
GB2279535A (en) | The safe oscillation build-up of ultrasonic disintegrators | |
US6364977B1 (en) | Tuning mechanism and method for vibration welding | |
JPS6490071A (en) | Method for control of operating frequency | |
ATE82608T1 (en) | METHOD OF DEHUMIDIFICATION OF MASONRY BY ELECTROOSMOSIS USING ELECTROMAGNETIC RADIATION AND ELECTRONIC DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD. | |
KR20180136651A (en) | Cleaning device using ultrasonics power | |
EP0247752A2 (en) | Method of tuning an ultrasonic device, ultrasonic device and machine for performing an ultrasonic tooling operation | |
ATE544053T1 (en) | DEVICE FOR OPERATING AN VIBRATING UNIT OF A VIBRATIONAL RESONATOR | |
EP0319631A1 (en) | Method of controlling an ultrasonic generator | |
SU961902A1 (en) | Method of automatic control of ultrasonic welding acoustic mode | |
RU2240917C2 (en) | Method of ultrasonic welding of plastics | |
SU1646614A1 (en) | Method of excitation of ultrasonic vibrators | |
SU1008699A1 (en) | Self-adjusting system for ultrasonic welding control | |
SU1752444A1 (en) | Method for treating articles in ultrasonic field device for its realization | |
SU887963A2 (en) | Resonance vibration testing device | |
SU1429093A2 (en) | Apparatus for controlling oscillations | |
SU251287A1 (en) | METHOD OF EXCITATION OF MECHANICAL VIBRATIONS | |
SU1315341A1 (en) | Method for controlling ultrasonic welding of thermoplastic materials |