UA72708C2 - Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals - Google Patents
Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals Download PDFInfo
- Publication number
- UA72708C2 UA72708C2 UA20031211660A UA20031211660A UA72708C2 UA 72708 C2 UA72708 C2 UA 72708C2 UA 20031211660 A UA20031211660 A UA 20031211660A UA 20031211660 A UA20031211660 A UA 20031211660A UA 72708 C2 UA72708 C2 UA 72708C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- ultrasonic
- transducer
- secondary winding
- factor
- transformer
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 16
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title abstract description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 13
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 238000002635 electroconvulsive therapy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Корисна модель відноситься до ультразвукової техніки і може використовуватися для роботи в складі ультразвукових технологічних установок різного призначення з використанням п'єзокерамічних перетворювачів, зокрема в інструментах для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів в машинобудуванні, суднобудуванні.The useful model refers to ultrasonic technology and can be used to work as part of ultrasonic technological installations for various purposes with the use of piezoceramic transducers, in particular in tools for strain hardening and relaxation treatment of metals in machine building, shipbuilding.
Ультразвукове зміцнення металів займає особливе місце в ряді зміцнювальних технологій, які є перспективним напрямом підвищення надійності, довговічності з одночасним зменшенням металоємності і собівартості деталей машин, приладів і устаткування, інструменту і технологічної оснастки. Зміцнення металу ультразвуковою обробкою володіє рядом особливостей - експресністю, високою ефективністю, можливістю обробки виробів, що не піддаються зміцненню іншими способами. До того ж, можливістю створення поверхневого або об'ємного наклепу, а також їх комбінації досягають вигідного розподілення внутрішніх напружень в металі і такого структурного стану, при якому вдається підвищити в два-три рази запас міцності деталей, що працюють при змінних навантаженнях, і збільшити строк служби в декілька раз. Таку ультразвукову обробку найбільш ефективно ведуть інструментами, що передають енергію ультразвукових перетворювачів через ударні елементи поверхні деталі, що оброблюється, при цьому ударні елементи не мають жорсткого зв'язку з торцем ультразвукового перетворювача.Ultrasonic strengthening of metals occupies a special place in a number of strengthening technologies, which are a promising direction of increasing reliability and durability while simultaneously reducing the metal content and cost of machine parts, devices and equipment, tools and technological equipment. Strengthening of metal by ultrasonic processing has a number of features - expressiveness, high efficiency, the possibility of processing products that cannot be strengthened by other methods. In addition, with the possibility of creating surface or volume slander, as well as their combinations, they achieve a favorable distribution of internal stresses in the metal and such a structural state that it is possible to increase the safety margin of parts operating under variable loads by two to three times, and increase term of service several times. Such ultrasonic processing is most effectively carried out by tools that transmit the energy of ultrasonic transducers through the impact elements of the surface of the part being processed, while the impact elements do not have a rigid connection with the end of the ultrasonic transducer.
Ефективність такої операційної ультразвукової обробки в значній мірі залежить від джерела живлення ультразвукового перетворювача, тому вибір метода його збудження і керування режимом роботи при зміні технологічного навантаження є актуальним.The effectiveness of such operational ultrasonic treatment largely depends on the power source of the ultrasonic transducer, therefore the choice of the method of its excitation and control of the operating mode when the technological load changes is relevant.
Відомий пристрій для керування частотою ультразвукового перетворювача (патент ФРН мМе3625149, ВО681/06, 1988), що складається із генератора, керованого фазовим регулятором, вихідного каскаду для підсилення і передачі трансформатором імпульсів на перетворювач, при цьому відповідний синхронізуючий сигнал на фазовий регулятор заводиться із обмотки трансформатора, на перетворювачі додатково для захвату його резонансної частоти примусово змінюють частоту генератора, а після захвату фазовим регулятором резонансної частоти зміну блокують, фазовий регулятор також має ланку зсуву фази, кут зсуву якої встановлюється так, що при захваті фазовим регулятором зберігається ємнісний фазовий кут між струмом і напругою на перетворювачі.A known device for controlling the frequency of an ultrasonic transducer (Federal patent mme3625149, VO681/06, 1988), consisting of a generator controlled by a phase regulator, an output stage for amplification and transmission of pulses by a transformer to the transducer, while the corresponding synchronizing signal to the phase regulator is started from the winding transformer, the frequency of the generator is forcibly changed on the converter to capture its resonance frequency, and after capture by the phase controller of the resonant frequency, the change is blocked, the phase controller also has a phase shift link, the shift angle of which is set so that when captured by the phase controller, the capacitive phase angle between the current is preserved and the voltage on the converter.
У відомому пристрої при зміні навантаження на ультразвуковий перетворювач змінюється його добротність і резонансна частота, яка може вийти за межі зміни частоти генератора, що приведе до зриву автоколивань. Розширення ж діапазону зміни частоти генератора для захвату резонансної частоти перетворювача приведе до зниження середньої амплітуди коливань нижче максимальної, що знизить ефективність обладнання.In the known device, when the load on the ultrasonic transducer changes, its Q-factor and resonance frequency change, which can exceed the limits of the generator frequency change, which will lead to the disruption of self-oscillations. Expanding the range of changing the frequency of the generator to capture the resonant frequency of the converter will lead to a decrease in the average amplitude of oscillations below the maximum, which will reduce the efficiency of the equipment.
Відомий пристрій для збудження ультразвукових перетворювачів з автоматичною слідкувальною системою і девіацією частоти (патент США Ме4554477, МПК НОТІ 41/08, 1985), що містить генератор і слідкувальну систему, що вимірює струм через перетворювачі і змінює частоту генератора таким чином, щоб підтримувати струм через перетворювачі на максимальному рівні. Пристрій коливання частоти (девіації) працює незалежно від слідкувальної системи і циклічно змінює частоту генератора між верхньою і нижньою межами, що визначається слідкувальною системою.A device for exciting ultrasonic transducers with an automatic tracking system and frequency deviation is known (US patent Me4554477, IPC NOTI 41/08, 1985), which contains a generator and a tracking system that measures the current through the transducers and changes the frequency of the generator in such a way as to maintain the current through converters at maximum level. The frequency fluctuation device (deviation) works independently of the tracking system and cyclically changes the frequency of the generator between the upper and lower limits determined by the tracking system.
Недоліком відомого пристрою є зниження середньої амплітуди коливань кожного із ультразвукових перетворювачів і їх к.к.д. із-за збудження на частотах близьких до резонансної.The disadvantage of the known device is a decrease in the average amplitude of oscillations of each of the ultrasonic transducers and their efficiency. due to excitation at frequencies close to resonance.
Максимальне зближення частоти генератора і конкретного перетворювача (зменшення девіації частоти) при впливі дестабілізуючих факторів (температура, зміна технологічного навантаження і т.п.) можуть привести до зриву автоколивань.The maximum convergence of the frequency of the generator and a specific converter (reduction of frequency deviation) under the influence of destabilizing factors (temperature, change in technological load, etc.) can lead to disruption of self-oscillations.
Найбільш близьким до запропонованого за сукупністю ознак і технічним результатом є керуюча система для ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача |патент США Ме4271371,The control system for an ultrasonic piezoelectric transducer is the closest to the proposed one in terms of a set of features and technical result | US patent Me4271371,
МПК НОТІ 41/08, 1981), що містить генератор, який керується напругою, підсилювач потужності з вихідним трансформатором, трансформатор зворотного зв'язку, ввімкнений послідовно із вторинною обмоткою вихідного трансформатора і з п'єзоелектричним перетворювачем, останній трансформатор має вторинну обмотку, через яку тече струм пропорційний струму через п'єзоперетворювач, фазовий компаратор з двома входами, які ввімкнуті відповідно до виходу генератора, що керується напругою, і до вторинної обмотки трансформатор зворотного зв'язку і виходом з'єднаним через фільтр нижніх частот до входу генератора, що керується напругою при цьому вторинна обмотка трансформатора зворотного зв'язку має конденсатор, а резонансна частота ланки, що включає конденсатор, лежить в області резонансної частот п'єзоперетворювача.IPC NOTI 41/08, 1981) containing a voltage-controlled generator, a power amplifier with an output transformer, a feedback transformer connected in series with the secondary winding of the output transformer and with a piezoelectric transducer, the latter transformer having a secondary winding, through which a current proportional to the current flows through a piezo transducer, a phase comparator with two inputs that are turned on according to the output of the voltage-controlled generator and to the secondary winding of the feedback transformer and the output connected through a low-pass filter to the input of the generator that controlled by the voltage, while the secondary winding of the feedback transformer has a capacitor, and the resonant frequency of the link, which includes the capacitor, lies in the region of the resonant frequency of the piezo transducer.
У відомому пристрої при роботі ультразвукового п'єзоперетворювача на ударні елементи його добротність може мінятися від максимальної (холостий хід при відсутності контакту п'єзоперетворювача з ударним елементами) до мінімальної (п'єзоперетворювач через ударні елементи максимально притиснутий до металевої поверхні), також зміниться і резонансна частота. При такому розкиді добротності п'єзоперетворювача і його резонансної частоти, а також змін із-за впливу дестабілізуючих факторів наприклад температури, може пройти вихід резонансної частоти перетворювача за межі захвату системи фазової підстройки частоти (ФАПУ), яку для підвищення точності звужують. Тобто пройде зрив коливань ультразвукового перетворювача при зміні сили його притиску або різкої зміни резонансної частоти - наприклад при зміні фізичних характеристик якої-небудь ділянки металевої поверхні, що оброблюється.In a known device, during the operation of an ultrasonic piezo transducer on shock elements, its Q factor can change from maximum (idle operation in the absence of contact of the piezo transducer with the shock elements) to minimum (the piezo transducer is maximally pressed against the metal surface due to the shock elements), will also change and resonant frequency. With such a dispersion of the Q-factor of the piezo transducer and its resonant frequency, as well as changes due to the influence of destabilizing factors, for example, temperature, the output of the resonant frequency of the transducer can pass beyond the capture range of the phase-adjustment frequency system (FAPU), which is narrowed to increase accuracy. That is, there will be a breakdown of the vibrations of the ultrasonic transducer when there is a change in the force of its pressure or a sharp change in the resonance frequency - for example, when the physical characteristics of some part of the metal surface being processed change.
Розширення меж захвату ФАПЧ знизить точність настройки на резонанс і відповідно - середні амплітуду коливань п'єзоперетворювача, що приведе до зміни амплітуди коливань ударних елементів.Expanding the capture limits of the PLL will reduce the accuracy of tuning to resonance and, accordingly, the average amplitude of oscillations of the piezo transducer, which will lead to a change in the amplitude of oscillations of the percussion elements.
В основу корисної моделі поставлено завдання вдосконалення системи керування ультразвуковим перетворювачем пристрої для ультразвукової віброударної обробки, в якому безперервне підтримання резонансних коливань ультразвукового перетворювача при перехідних процесах і широкому діапазоні зміни дестабілізуючих факторів (за рахунок температури, старіння активних елементів, значної зміни механічного навантаження на ультразвуковий перетворювач) буде здійснюватися генератором по схемі з незалежним збудженням або самозбудженням в залежності від оптимальності методу, що підвищить стійкість настройки і надійність пристрою при експлуатації.The basis of the useful model is the task of improving the control system of the ultrasonic transducer, a device for ultrasonic vibration-impact processing, in which continuous maintenance of resonant oscillations of the ultrasonic transducer during transient processes and a wide range of changes in destabilizing factors (due to temperature, aging of active elements, significant changes in the mechanical load on the ultrasonic transducer ) will be carried out by a generator according to a scheme with independent excitation or self-excitation depending on the optimality of the method, which will increase the stability of the setting and the reliability of the device during operation.
Для вирішення поставленого завдання в системі керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової віброударної обробки, що містить послідовно з'єднані блок керування частотою ультразвукового генератора (БКЧУГ) з пристроєм запуску, підсилювач потужності з вихідним трансформатором, трансформатор зворотного зв'язку (струмовий трансформатор), ввімкнений послідовно із вторинною обмоткою вихідного трансформатора і зв'язаний своєю вторинною обмоткою із БКЧУГ, п'єзоелектричний перетворювач з ударними елементами, при цьому вторинна обмотка струмового трансформатора має резонансний контур, резонансна частота якого лежить в області резонансної частоти п'єзоелектричного перетворювача, згідно корисної моделі додатково введені послідовно з'єднані формувач і замикальний ключ, а також - генератор і розмикальний ключ, виходи ключів приєднані до входуTo solve the task in the control system of the ultrasonic transducer of the device for ultrasonic vibro-impact treatment, which contains a series-connected unit of control of the frequency of the ultrasonic generator (BCCHUG) with a starting device, a power amplifier with an output transformer, a feedback transformer (current transformer), on in series with the secondary winding of the output transformer and connected by its secondary winding to the BKCHUG, a piezoelectric transducer with shock elements, while the secondary winding of the current transformer has a resonant circuit, the resonant frequency of which lies in the region of the resonant frequency of the piezoelectric transducer, according to a useful model in addition, a series-connected shaper and locking key, as well as a generator and a disconnecting key, the outputs of the keys are connected to the input
БКЧУГ, а вторинна обмотка струмового трансформатора увімкнута до входу формувача і через додатково введений пороговий пристрій до керуючого входу замикального ключа, який з'єднаний через додатково введений інвертор із керуючим входом розмикального ключа, причому добротність резонансного контуру вибрана меншою добротності ненавантаженого п'єзоелектричного перетворювача, але більшою ніж його добротність при максимальному робочому навантаженні на ударні елементи, а пристрій запуску БКЧУГ виконаний у вигляді паралельно ввімкнутих ключів ручного запуску і датчика притиску ударних елементів.BKCHUG, and the secondary winding of the current transformer is connected to the input of the shaper and through an additionally introduced threshold device to the control input of the closing key, which is connected through an additionally introduced inverter to the control input of the disconnecting key, and the Q-factor of the resonant circuit is chosen to be lower than the Q-factor of the unloaded piezoelectric transducer, but greater than its Q-factor at the maximum working load on the impact elements, and the BKCHUG starting device is made in the form of parallel switched-on manual start keys and a pressure sensor of the impact elements.
Використання генератора з незалежним збудженням в системі керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової ударної обробки в моменти його включення, дотику ударних елементів до металевої поверхні або їх невеликого притиску забезпечує надійні механічні коливання високодобротного перетворювача біля його основної резонансної частоти.The use of a generator with independent excitation in the control system of the ultrasonic transducer of the device for ultrasonic impact treatment at the moment of its inclusion, contact of the impact elements with the metal surface or their slight pressure ensures reliable mechanical oscillations of the high-Q transducer near its main resonant frequency.
Після закінчення перехідних процесів в електричних і механічних ланках і досягнення струмом відповідного рівня проходить перехід системи керування на режим із самозбудженням (відключається зовнішній генератор і замикається контур зворотного зв'язку). В ході технологічного процесу віброударної обробки резонансна частота п'єзокерамічного ультразвукового перетворювача зазнає значних змін із-за різних дестабілізуючих факторів, таких як підвищення температури і зміна акустичного опору технологічного навантаження, але робота системи в режимі самозбудження забезпечить простим способом максимальне зближення робочої частоти генератора з резонансною частотою акустичної системи (ультразвукового перетворювача). У випадку перевантаження перетворювача (сильний його притиск під час роботи через ударники до металевої поверхні), регулювання амплітуди, його добротність і сигнал в контурі зворотного зв'язку сильно впадуть, в частотному спектрі цього сигналу з'явиться ряд паразитних частот, що уможливить зрив резонансних автоколивань в замкнутій системі. Для запобігання цьому при зниженні струму в ультразвуковому перетворювачі до заданого рівня система переходить знову в режим генератора із зовнішнім збудженням, забезпечуючи механічні коливання ультразвукового перетворювача в області резонансної частоти незалежно від сигналів зворотного зв'язку. Таким чином адаптація системи управління до впливу дестабілізуючих факторів забезпечує стійкі коливання ультразвукового перетворювача при його експлуатації в складі пристрою для віброударної обробки.After the end of the transient processes in the electrical and mechanical links and the current reaches the appropriate level, the control system switches to self-excited mode (the external generator is turned off and the feedback loop is closed). During the technological process of vibro-shock treatment, the resonant frequency of the piezoceramic ultrasonic transducer undergoes significant changes due to various destabilizing factors, such as temperature rise and changes in the acoustic resistance of the technological load, but the operation of the system in the self-excitation mode will ensure in a simple way the maximum convergence of the generator's operating frequency with the resonant frequency of the acoustic system (ultrasonic transducer). In case of overloading of the converter (its strong pressure during operation due to impactors to a metal surface), amplitude adjustment, its Q-factor and the signal in the feedback circuit will drop sharply, a number of parasitic frequencies will appear in the frequency spectrum of this signal, which will make it possible to disrupt resonant self-oscillations in a closed system. To prevent this, when the current in the ultrasonic transducer is reduced to a given level, the system switches back to the generator mode with external excitation, providing mechanical oscillations of the ultrasonic transducer in the resonance frequency region regardless of feedback signals. In this way, the adaptation of the control system to the influence of destabilizing factors ensures stable oscillations of the ultrasonic transducer during its operation as part of a device for vibration-impact processing.
Сутність корисної моделі пояснюється рисунком, де зображено систему керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової ударної обробки. Вона включаєThe essence of the useful model is explained by the figure, which shows the control system of the ultrasonic transducer of the device for ultrasonic impact treatment. It includes
БКЧУГ 1, пристрій запуску 2, що складається із двох паралельно ввімкнених ключів: ручного запуску З (розміщений на передній панелі системи керування) і датчика притиску А ударних елементів 5 (вмонтований в пристрій для ультразвукової віброударної обробки). Ударні елементи у вигляді циліндричних стрижнів розміщені між металевою поверхнею 6, матеріалу що обробляється, і вихідним торцем концентратора п'єзокерамічного перетворювача 7. БКЧУГ 1 приєднаний до підсилювача потужності 8 з вихідним трансформатором 9. Вторинна обмотка вихідного трансформатора 9 приєднана через первинну обмотку трансформатора зворотного зв'язку (струмового трансформатора) 10 і індуктивність узгодження 11 до перетворювача 7.BKCHUG 1, the starting device 2, which consists of two keys switched on in parallel: the manual start C (located on the front panel of the control system) and the pressure sensor A of the shock elements 5 (built into the device for ultrasonic vibration shock treatment). Impact elements in the form of cylindrical rods are placed between the metal surface 6, the material being processed, and the output end of the concentrator piezoceramic converter 7. BKCHUG 1 is connected to the power amplifier 8 with the output transformer 9. The secondary winding of the output transformer 9 is connected through the primary winding of the feedback transformer connection (current transformer) 10 and matching inductance 11 to the converter 7.
Первинна обмотка струмового трансформатора 10, компенсуюча ємність 12 створюють схему виділення зворотного зв'язку з диференціальним трансформатором струму. Вторинна обмотка струмового трансформатора 10 через резонансний контур 13, що складається із послідовно з'єднаних конденсатора 14 і індуктивності 15, увімкнута до входів формувача 16 і порогового пристрою 17, до: виходів яких приєднані відповідно вхід і керуючий вхід замикаючого ключа 18.The primary winding of the current transformer 10, the compensating capacity 12 create a feedback selection circuit with a differential current transformer. The secondary winding of the current transformer 10 through the resonant circuit 13, consisting of the capacitor 14 and the inductor 15 connected in series, is connected to the inputs of the shaper 16 and the threshold device 17, to the outputs of which the input and the control input of the closing key 18 are connected, respectively.
Вихід порогового пристрою 17 також з'єднаний через інвертор 19 із керуючим входом розмикального ключа 20, до входу якого приєднаний генератор 21. Виходи обох ключів зв'язані із входом БКЧУГ 1. При цьому генератор 21 має робочу частоту, яка лежить в області резонансної частоти п'єзоелектричного перетворювача 7, а добротність резонансного контуру вибрана меншою добротності ненавантаженого п'єзоелектричного перетворювача (його холостий хід), але більшою ніж його добротність при максимальному робочому навантаженні на ударні елементи (максимальний притиск перетворювача 7 силою Р через ударні елементи до поверхні 6).The output of the threshold device 17 is also connected through the inverter 19 to the control input of the disconnecting key 20, to the input of which the generator 21 is connected. The outputs of both keys are connected to the input of the BKCHUG 1. At the same time, the generator 21 has an operating frequency that lies in the resonance frequency region of the piezoelectric transducer 7, and the Q-factor of the resonant circuit is chosen to be lower than the Q-factor of the unloaded piezoelectric transducer (its idling), but greater than its Q-factor at the maximum working load on the shock elements (the maximum pressure of the transducer 7 by force P through the shock elements to the surface 6) .
Працює система керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової віброударної обробки наступним чином. Вмикається напруга живлення Еж системи. Пристроєм запуску 2 (ключем З або 4) проводиться вмикання БКЧУГ 1. Електричні коливання генератора 21 через розмикальний ключ 20 задають БКЧУГ 1 робочу частоту, що знаходиться в області резонансної частоти перетворювача 7. Вихідні коливання БКЧУГ 1 підсилюються підсилювачем потужності 8 і через вихідний трансформатор 9, індуктивність узгодження 11, струмовий трансформатор 10 подаються на п'єзокерамічний перетворювач 7 збуджуючи в ньому резонансні поздовжні коливання амплітудою А. Останні через вихідний торець перетворювача 7 передаються при допомозі ударної взаємодії ударним елементам 5, які в свою чергу деформують металеву поверхню 6, передаючи їй свою енергію. При цьому через опір механічної гілки перетворювача 7 і первинну обмотку струмового трансформатора почне протікати струм, пропорційний амплітуді коливань перетворювача 7, який трансформується у вторинну обмотку струмового трансформатора 10. В якості сигналу зворотного зв'язку, що відповідає резонансній частоті перетворювача 7, він через резонансний контур 13 з достатньою смугою пропускання (його добротність менша добротності п'єзоперетворювача 7 в ненавантаженому режимі) попадає на входи формувача 16 і порогового пристрою 17. Коли струм через перетворювач 7 і, відповідно, сигнал зворотного зв'язку досягають рівня заданого в пороговому пристрої 17, останній спрацьовує і сигнал з його виходу подається на керуючий вхід замикального ключа 18, що приводить до спрацювання останнього, одночасно цей сигнал через інвертор 19 попадає на керуючий вхід розмикального ключа 20, що викличе відключення виходу генератора 21 від входуThe control system of the ultrasonic transducer of the device for ultrasonic vibro-impact processing works as follows. The power supply voltage of the Ezh system is switched on. The starting device 2 (key 3 or 4) turns on the BCCHUG 1. The electrical oscillations of the generator 21 through the disconnecting key 20 set the BCCHUG 1 operating frequency, which is in the region of the resonant frequency of the converter 7. The output oscillations of the BCCHUG 1 are amplified by the power amplifier 8 and through the output transformer 9 , the matching inductance 11, the current transformer 10 are fed to the piezoceramic converter 7, exciting in it resonant longitudinal oscillations of amplitude A. The latter through the output end of the converter 7 are transmitted with the help of impact interaction to the impact elements 5, which in turn deform the metal surface 6, transmitting to it your energy. At the same time, through the resistance of the mechanical branch of the converter 7 and the primary winding of the current transformer, a current proportional to the amplitude of oscillations of the converter 7 will begin to flow, which is transformed into the secondary winding of the current transformer 10. As a feedback signal corresponding to the resonant frequency of the converter 7, it through the resonant circuit 13 with a sufficient bandwidth (its Q factor is less than the Q factor of the piezo transducer 7 in the unloaded mode) enters the inputs of the shaper 16 and the threshold device 17. When the current through the transducer 7 and, accordingly, the feedback signal reaches the level specified in the threshold device 17 , the latter is triggered and the signal from its output is fed to the control input of the closing key 18, which causes the latter to operate, at the same time, this signal through the inverter 19 reaches the control input of the disconnecting key 20, which will cause the generator output 21 to be disconnected from the input
БКЧУГ 1. Сигнал з виходу формувача 16 через замкнутий ключ 18 попадає на вхід БКЧУГ 1 і система починає працювати в режимі самозбудження (автогенератора) , відслідковуючи резонансну частоту перетворювача 7, яка буде змінюватися в процесі технологічного процесу обробки. При зміні технологічного навантаження під час роботи перетворювач 7 може перейти в перевантажений стан із значним спадом добротності. При цьому у сигналі зворотного зв'язку з'явиться ряд паразитних гармонік, на яких може початися самозбудження системи. Але вибір добротності резонансного контуру більшою ніж добротність максимально навантаженого перетворювача 7 і його резонансна частота в області основного резонансу перетворювача не дозволять перескочити системі на паразитні резонанси. Якщо в ході цього процесу сила притискуBKCHUG 1. The signal from the output of the shaper 16 through the closed key 18 enters the input of BKCHUG 1 and the system begins to work in self-excitation (autogenerator) mode, monitoring the resonant frequency of the converter 7, which will change during the technological process of processing. When the technological load changes during operation, the converter 7 can go into an overloaded state with a significant drop in Q-factor. At the same time, a number of parasitic harmonics will appear in the feedback signal, on which self-excitation of the system may begin. But the choice of the Q factor of the resonant circuit greater than the Q factor of the maximally loaded converter 7 and its resonant frequency in the area of the main resonance of the converter will not allow the system to jump to parasitic resonances. If during this process the pressure force
Р збільшиться до такої величини, що внесений опір в коливальний контур акустичної системи - перетворювача 7 зменшить струм нижче рівня, заданого в пороговому пристрої 17, то останній зніме сигнал із керуючого входу замикального ключа 18, який після цього відключить сигнал зворотного зв'язку з виходу формувача 16 від входу БКЧУГ 1, що припинить роботу системи в режимі самозбудження. Одночасно через інвертор 19 зніметься сигнал із керуючого входу розмикального ключа 20, останній з'єднує вихід генератора 21 із входом БКЧУГ 1 і на п'єзокерамічний перетворювач 7 будуть продовжувати подаватися електричні коливання і в ньому будуть продовжуватися збуджуватися механічні коливання. Якщо сила притиску Р зменшиться, добротність п'єзокерамічного перетворювача зросте, струм в ньому також до відповідного рівня, то система знову переходить в режим самозбудження, забезпечуючи високу стійкість в роботі.P will increase to such a value that the resistance introduced into the oscillating circuit of the acoustic system - transducer 7 will reduce the current below the level set in the threshold device 17, then the latter will remove the signal from the control input of the locking key 18, which will then turn off the feedback signal from the output generator 16 from the input of BKCHUG 1, which will stop the system in self-excitation mode. At the same time, through the inverter 19, the signal from the control input of the disconnecting key 20 will be removed, the latter connects the output of the generator 21 to the input of the BKCHUG 1, and electrical oscillations will continue to be applied to the piezoceramic converter 7 and mechanical oscillations will continue to be excited in it. If the clamping force P decreases, the Q factor of the piezoceramic converter increases, the current in it also reaches the appropriate level, then the system again switches to self-excitation mode, ensuring high stability in operation.
Таким чином, запропонована система підтримує коливання ультразвукового перетворювача на резонансні при значних впливах дестабілізуючих факторів, технологічного навантаження, автоматично змінюючи режими своєї роботи в залежності від величини цих факторів і навантаження. Це підвищує стійкість настроювання системи на резонанс перетворювача, надійність настроювання і експлуатації. Одночасний ріст середньої амплітуди механічних коливань перетворювача підвищує ефективність пристрою ударної обробки.Thus, the proposed system supports oscillations of the ultrasonic transducer to resonant ones under the significant influence of destabilizing factors, technological load, automatically changing its modes of operation depending on the magnitude of these factors and the load. This increases the stability of tuning the system to the resonance of the converter, the reliability of tuning and operation. The simultaneous growth of the average amplitude of the mechanical vibrations of the converter increases the efficiency of the impact treatment device.
Наприклад, була виготовлена і випробувана запропонована система керування ультразвуковим перетворювачем для ультразвукового інструменту для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів. Датчик притиску конструктивно було розміщено в самому інструменті. Він представляв ключ, що замикався, коли сила притиску ударних елементів, визначена зміщенням перетворювача і стиском пружини, досягала заданого мінімального рівня.For example, the proposed ultrasonic transducer control system for an ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals was manufactured and tested. The pressure sensor was structurally placed in the tool itself. It represented a key that was closed when the pressure force of the shock elements, determined by the displacement of the converter and the compression of the spring, reached a given minimum level.
При робочій частоті ультразвукового перетворювача 22кГц і його амплітуді коливання до 20мкм споживалася потужність максимум 250ЩВт. Притиск мінявся від мінімального, що задавався датчиком (приблизно 8Н), до максимального (80Н). При цьому технологічний процес деформаційної обробки ударними елементами не переривався, тобто зривів механічних коливань ультразвукового перетворювача не було. Також безперервний процес обробки, коли наступив максимальний нагрів усіх елементів інструменту, системи керування і багатоденний термін експлуатації при різних температурах показали надійне збудження ультразвукових коливань в перетворювачі і відповідно - віброударних в системі перетворювач - ударні елементи - металева поверхня. При налагоджуванні і контролі інструменту використовувалася кнопка на панелі управління, що дозволило проводити регулювання і вимірювання амплітуди коливань п'єзокерамічного перетворювача при холостому ходу перетворювача (без притиску до ударних елементів і металевої поверхні). При цьому система керування також підтримувала стійкі резонансні коливання п'єзокерамічного перетворювача. п и двAt the operating frequency of the ultrasonic transducer of 22kHz and its oscillation amplitude up to 20μm, a maximum of 250 SHW was consumed. The pressure varied from the minimum set by the sensor (approximately 8N) to the maximum (80N). At the same time, the technological process of deformation processing with impact elements was not interrupted, that is, there were no disruptions of mechanical vibrations of the ultrasonic transducer. Also, the continuous process of processing, when the maximum heating of all the elements of the tool, the control system, and the multi-day period of operation at different temperatures showed reliable excitation of ultrasonic oscillations in the transducer and, accordingly, vibration shock in the system transducer - shock elements - metal surface. When setting up and controlling the tool, a button on the control panel was used, which made it possible to adjust and measure the amplitude of oscillations of the piezoceramic transducer when the transducer was idling (without pressure to the impact elements and the metal surface). At the same time, the control system also supported stable resonant oscillations of the piezoceramic transducer. p and dv
Ер я у ам | в ши у де пд ! Той полнлідеАцЯтEr I am in | in shi in de pd! That polnlideAtsYat
Н вт Й фу.N Tue Y Fu.
М и ско ОК, рені т--У ШК хх ! і -- ТБ. ТС шк в ШИ ШИНИM i sko OK, reni t--U SHK xx! and -- TV. TS shk in SHY TYRES
І я ЕМВ Ор ооо і І З а : пеоеоння ННІ ЗВ же ЗА он Ко ІН т - т :And I EMV Or ooo and I Z a: peoeonnia NNI ZV same ZA on Ko IN t - t:
НІ щі йNO more
АЙ врля І іAI vrlya I and
Н Н 3 Коня : я ЕТ я Я а Е цк І : м Е і ними Н вер ЯN H 3 Horse: I ET I I a E tsk I: m E and them N ver Ya
В і оIn and about
СІТІ ІІІ ненCITY III no
РА п теRA p te
У і І МU and I M
ЩО ' сина ніWHAT ' son no
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20031211660A UA72708C2 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals |
| PCT/UA2004/000046 WO2005060014A1 (en) | 2003-12-16 | 2004-07-06 | System for controlling an ultrasonic converter for a device for ultrasonic vibro-impact metal processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20031211660A UA72708C2 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA72708C2 true UA72708C2 (en) | 2007-02-15 |
Family
ID=34618134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20031211660A UA72708C2 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA72708C2 (en) |
| WO (1) | WO2005060014A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7891015B2 (en) | 2007-07-31 | 2011-02-15 | Bruker Nano, Inc. | High-bandwidth actuator drive for scanning probe microscopy |
| CN101425778B (en) * | 2008-12-04 | 2011-06-08 | 上海大学 | Integrated controlled signal processor and application thereof |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4271371A (en) * | 1979-09-26 | 1981-06-02 | Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho | Driving system for an ultrasonic piezoelectric transducer |
| SU1022780A1 (en) * | 1980-07-15 | 1983-06-15 | Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения | Rectilinear sliding guides |
| SU1597232A1 (en) * | 1988-02-01 | 1990-10-07 | Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Apparatus for generating mechanical vibrations of ultrasonic frequency |
| US5394047A (en) * | 1993-02-12 | 1995-02-28 | Ciba Corning Diagnostics Corp. | Ultrasonic transducer control system |
| RU2180274C2 (en) * | 1997-03-27 | 2002-03-10 | Компания "ЮАйТи, Л.Л.С." | Apparatus for exciting electroacoustic converter |
-
2003
- 2003-12-16 UA UA20031211660A patent/UA72708C2/en unknown
-
2004
- 2004-07-06 WO PCT/UA2004/000046 patent/WO2005060014A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2005060014A1 (en) | 2005-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4849872A (en) | Process and apparatus for phase-regulated power and frequency control of an ultrasonic transducer | |
| CA1070818A (en) | Sonic transducer and drive circuit | |
| Richard et al. | Enhanced semi-passive damping using continuous switching of a piezoelectric device on an inductor | |
| US4868445A (en) | Self tuned ultrasonic generator system having wide frequency range and high efficiency | |
| US6289736B1 (en) | Means and method for electroacoustic transducer excitation | |
| EP1655826A3 (en) | Method and apparatus to provide temporary peak power from a switching regulator | |
| US5895997A (en) | Frequency modulated ultrasonic generator | |
| RU2010118480A (en) | INHALATION DEVICE | |
| CN107031105B (en) | A kind of ultrasonic vibration ageing device being suitable for eliminating powder compact stress | |
| US5233274A (en) | Drive circuit for langevin type ultrasonic bolt-tightening motor | |
| RU2484797C2 (en) | Device of phacoemulcification and method of its exploitation | |
| KR20000006287A (en) | Method for driving piezoelectic transducer and driving circuit therefor | |
| US5294896A (en) | Device for feeding a high frequency oscillating tool | |
| JP2874833B2 (en) | Method and apparatus for safe vibration of ultrasonic decomposer | |
| JP4088665B2 (en) | Ultrasonic wave generation method and apparatus | |
| KR101203927B1 (en) | High frequency and low frequency vibration system | |
| CN203108868U (en) | Broadband ultrasonic generator based on multi-tap cascade inductance | |
| UA72708C2 (en) | Control system for the ultrasonic transducer of a device for ultrasonic vibroimpact treatment of metals | |
| CN1806384B (en) | Method and damping device for damping a torsional vibration in a rotating drivetrain | |
| Wei et al. | Design of an automatic impedance matching circuit based on frequency tracking of ultrasonic transducer | |
| SU1643146A2 (en) | Vibration-type pipe wrench | |
| US4545042A (en) | Method for generation of acoustic vibrations and source of acoustic vibrations for realizing same | |
| CN206633475U (en) | A kind of ultrasonic vibration ageing device for being applied to eliminate powder compact stress | |
| CN101687221A (en) | The device that is used for the resonance of automatically exciting and stable ultrasonic system | |
| Littmann et al. | Load-adaptive phase-controller for resonant driven piezoelectric devices |