SU960541A1

SU960541A1 - Method of measuring oscillation amplitude of ultrasonic tool working tip

Info

Publication number: SU960541A1
Application number: SU813268454A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Богданов; Моисей Давидович Гуревич; Альберт Петрович Леонтьев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Медицинского Приборостроения
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1982-09-23

Description

(54) СПССХЗБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ РАБОЧЕГО КОНЦА УЛЬТРАЗВУКОВОГО (54) MEASURING MEASUREMENTS OF THE AMPLITUDE OF THE OSCILLATIONS OF THE WORKING END OF ULTRASONIC

1 Изобретение относитс к измерител1гной технике и может быть применено в машиностроении при контроле параметров технологических процессов, происход щих с использованием ультразвука, а также в медицинской технике при ультразвуковом разделении биологических тканей .1 The invention relates to a measuring technique and can be applied in mechanical engineering when monitoring parameters of technological processes that occur with the use of ultrasound, as well as in medical technology in the ultrasonic separation of biological tissues.

Наиболее близким техническим решением к изофетению вл етс способ измерени амплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, заключающийс в измерении величины электриюского тока и длительности нарушени контакта в зоне динамического взаимодействи инструмента с обрабатываемой токопровод шей поверхностью tljThe closest technical solution to izofethenia is a method of measuring the amplitude of oscillations of the working end of an ultrasonic instrument, consisting in measuring the magnitude of the electric current and the duration of contact disturbance in the zone of dynamic interaction of the instrument with the conductive neck surface tlj

Способ предполагает преофазование амплитуды механических колебаний в электрическое напр жение. Дл этого пропускают электрический ток через зону динамического взаимодействи инструмента с обраб5№ываемой поверхносИНСТРУМЕНТАThe method involves pre-phasing the amplitude of mechanical oscillations into an electrical voltage. For this, an electric current is passed through the zone of dynamic interaction of the instrument with the surface of the TOOLS being machined.

тью, измер ют длительность нарушени контактав зоне взаимодействи . Амплитуду колебаний инструмента измер ют по длительности нарушени контакта.The duration of contact disturbance in the interaction zone is measured. The amplitude of the tool is measured by the duration of contact failure.

Недостаткол способа вл етс то, что из-за необходимости пропускани электрического тока через зону динамического взаимодействи инструмента с обрабатываемой поверхностью невозможно проводить измерени при обработке не10 токопровод ших поверхностей и при работе инструмента на воздухе.The disadvantage of the method is that, due to the need to pass an electric current through the zone of dynamic interaction of the instrument with the surface being treated, it is impossible to take measurements when processing non-conducting surfaces and when the instrument is operated in air.

Из-за периодического нарушени механического контакта ультразвукового Due to the periodic disturbance of the mechanical contact of the ultrasonic

15 инструмента с токопровод шей поверхностью возникает нестабильность электрического тока, по которому суд т об амплитуде колебаний рабочей части упь тразвукового инструмента, что предопре20 дел ет недостаточную точность измерений и их надежность.In the case of a tool with a conductive surface, instability of the electric current arises, which is used to judge the amplitude of oscillations of the working part of the ultrasonic instrument, which predetermines the insufficient accuracy of measurements and their reliability.

Цель изобретени - повышение точности и надежности. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу измерени амплитуды колебаний рабочего конца инструмента , включающему измерение величины электрического тока, определ ют посто н ный коэффициент К пропорииональноств как отношение амплитуды колебаний рабочего конца на воздухе к соответствую щей активности составл ющей Лд тока возбуждени , измер ют активную составл к цую Э тока возбуждени в процессе работы, а амплитуду А колебаний pa6oi чего конца инструмента определ ют по. формуле А KJA. На чертеже представлен пример схемы измерени активной составл ющей тока возбуждени .. Как известно,ультразвуковой инструмент приводитс в колебательное движение за счет прЬтекашш активной со«;та&л кицей тока возбуждени по механическ ветви преобразовател . Св зь между ам плитУдой колебаний рабочего конца ультр звукового инструмента и активной составл ющей тока всегда линейна независи МО от режима работы инструмента. Способ заклюзпотс в следующем. До начала измерений предварительно устанавливают св зь мгакду активной составл ющей тока возбуждени и амплитудой колебаний рабочего конца инструмента . Дл этого по отношению амплитуд колебаний к активной составл ющей тока определ ют коэффици гг К их пропорциональности , вл ющийс ПОСТОЯННЬПУ дл данного инструмента. . A nIлитyдy колебаний инструмента на воздухе определ ют, например, с помощью кткроскопа измерением половины длины отрезка, прочерченного контрастной точкой на колебпк дейс поверхности ультразвукового Инструмента. Соответствующую этой амплитуде активную составл к цую ЗА тока измер ют при скомпе сированной реактивной составл ющей ток Амплитуду А колебаний рабочего конца инструмента определ ют, исход из формулы . . , где К - посто нный коэффициент пропорциональности ; 3л- активна состав); ю1ща тока. Способ используетс дл измерени . млплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, росто щего из пьезокерамического преобразовател продольного типа и волновода-концентратора . Пьезокерамическим преобразовател преофазош 1Вают подводимое к нему эле трическое напр жение ультразвуковой частоты в механические колебани , которые усиливают и передают к рабочей части инструмента с помощью волноводаконцентратора . Электрическое напр жение к ультразвуковому инструменту подвод т по компенсационной схеме. На резонансной частоте активную составл ющую рд тока определ ют как .,, где (J) - напр жение в диагонали моста; величина активного сопротивлени . Дл нахождени коэффициента К измер ют с помощью микроскопа амплитуду колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента при его колебани х на воздухе и по формуле (1) вычисл ют соответствующую данному значению амплитуды А у активную- составл ющую Ь тока при АХХ 2О мкм, ,1 А. Дл данного инструмента калибровочный коэффициент равен К 200 . 3 Дл измерени амплитуды колебаний ультразвлсового инструмента при различных режимах работы с помощью компенсационной cxeivnu по формуле (1) определ ют активную составл ющую тока. Так,дл погруженного в воду ультразвукового инструмента при подведении к нему напр жени U 30 В значение измеренного тока составл ет 0,15 А. Увеличив подводимую мощность,- значение активной составл ющей Лл д тока повыщают до 0,24 А. Этому соответствует значение амплитуды Л рабочей части инструмента (40 мкм).. Аналогичным образом измер ют амшштуды колебаний при работе инструмента в других режимах (ультразвуковое резание, ультразвукова дезинтеграци и др.). При замене утЕьтразвукового инструмента до начала измерений опре дел ют посто нный коэффициент К, который дл различных типов инструментов различный. Таким же образом измер етс амплитуда колебаний ультразвуковых инструментов , состо щих из дисковых пьезокералических преобразователей, пассивной и активной волноводных накладок. Измерени , проведенные при колебани х у штразвукового инструмента на воздухе , показывают, что коэффициент К дл данного типа инструментов равен 10О .The purpose of the invention is to increase accuracy and reliability. This goal is achieved by the fact that according to the method of measuring the amplitude of oscillations of the working end of the instrument, including measuring the magnitude of the electric current, determine the constant coefficient K of the proporiation as the ratio of the amplitude of oscillations of the working end in air to the corresponding activity of the component Ld of the excitation current, is the value of the excitation current during operation, and the amplitude A of oscillation pa6oi of which the end of the tool is determined by. Formula A KJA. The drawing shows an example of the measurement circuit of the active component of the excitation current. As it is known, an ultrasonic instrument is brought into oscillatory motion due to the active current that has been applied along the mechanical branch of the converter. The connection between the amplitude of the oscillations of the working end of an ultrasonic instrument and the active component of the current is always linear regardless of the MO of the instrument's mode of operation. The way to do the following Prior to the measurements, a pre-connection is established between the active component of the excitation current and the amplitude of oscillations of the working end of the instrument. For this, the ratio gyg K of their proportionality, which is the CONSTANT for the instrument, is determined from the ratio of the amplitudes of the oscillations to the active component of the current. . A nil of instrument oscillations in air is determined, for example, by means of a CTcroscope by measuring half the length of a segment drawn by a contrast point on the oscillation of the surface of the ultrasonic Instrument. The active component corresponding to this amplitude is measured at the current combined with the reactive component of the current. Amplitude A of the oscillations of the working end of the instrument is determined from the formula. . , where K is a constant coefficient of proportionality; 3l - active composition); uyushche current. The method is used for measurement. ml of the vibrations of the working end of the ultrasonic instrument, which grows from a longitudinal piezoceramic transducer and a waveguide concentrator. The piezoceramic transducer pre-phased array 1V supplies the electrical voltage of the ultrasonic frequency applied to it into mechanical oscillations, which amplify and transmit to the working part of the instrument using a waveguide concentrator. The electrical voltage to the ultrasonic instrument is supplied by a compensation circuit. At the resonant frequency, the active component rd of the current is defined as. ,, where (j) is the voltage in the diagonal of the bridge; magnitude of active resistance. To find the coefficient K, the amplitude of oscillations of the working end of the ultrasonic instrument when it oscillates in air is measured with a microscope, and using the formula (1), the active component of current A is calculated for this value of amplitude A at AXX of 2 µm, 1 A. For this tool, the calibration factor is K 200. 3 To measure the oscillation amplitude of an ultrasonic instrument under various operating conditions, the active component of current is determined using the compensation cxeivnu by formula (1). Thus, for an ultrasonic instrument submerged in water when the voltage U 30 V is supplied to it, the value of the measured current is 0.15 A. Increasing the input power, the value of the active component LL d current increases to 0.24 A. This corresponds to the amplitude value L of the working part of the instrument (40 µm). The oscillation amplitudes are measured in the same way when the tool is operated in other modes (ultrasonic cutting, ultrasonic disintegration, etc.). When replacing an ultrasonic instrument prior to the measurement, determine the constant coefficient K, which is different for different types of instruments. The oscillation amplitude of ultrasonic instruments consisting of disk piezo-coral transducers, passive and active waveguide linings is measured in the same way. Measurements made when the ultrasonic instrument oscillates in air show that the coefficient K for this type of instrument is 10 O.

При работе инструмента в воде при д О,1 А значение амплитуды колебаний составл ет А кЬ 10 мкм.When the instrument is operated in water at d 0, 1 A, the value of the oscillation amplitude is A k Ь 10 µm.

Экспериментальное определение способа производитс на кромках. При измерекии амплитуды колебаний рабочего конца ультразвуковых инструментов во врем операций на cioiepe и роговице глаза, а тайке при выполнении операции дакриоцисториностомии с распиливанием кости ультразвуковой пилой.Experimental determination of the method is done at the edges. When measuring the amplitude of oscillations of the working end of ultrasonic instruments during operations on the cioiepe and cornea of the eye, and secretly when performing a dacryocystorhinostomy operation with sawing a bone with an ultrasonic saw.

Использогание предлагаемого способа позвол ет проводить измерени непосредственно во врем вьшолнени операций, что позвол ет контролировать параметры процесса ультразвукового резани и поддерживать их близкими к оптимальным.The use of the proposed method makes it possible to take measurements directly during operations, which allows monitoring the parameters of the ultrasonic cutting process and keeping them close to optimal.

Иэ-за длительного напр жени органов зрени оператор утомл етс , Использование способа позволит резко сократить (приблизительно в 10 раз) врем измерений с одновременным улучшением условий труда оператора. Погрешность иэмерений предлагаемым способом по сравнению с известным, уменьшаетс с 10 до 2%..Due to the prolonged tension of the organs of vision, the operator becomes tired. Using this method will dramatically reduce (approximately 10 times) the measurement time while improving the working conditions of the operator. The error and measurements of the proposed method as compared with the known method are reduced from 10 to 2%.

Claims

1. USSR author's certificate No. 481785, cl. G 01 H 1/00, 1973 (prototype).

MmpaafyKogpu tools.