Способ возбуждения электроакустического преобразователя - RU2180275C2

Описание

Область техники
Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в технологических процессах разнообразного назначения, в частности в машиностроении, судостроении и мостостроении при производстве сварных конструкций, особенно работающих близко к пределу прочности, при производстве работ, связанных с релаксационно-упрочняющей обработкой сварных соединений.

Предшествующий уровень техники
Известен способ ультразвуковой ударной обработки (УУО) с автоматической подстройкой частоты источника питания резонансной колебательной системы. Минимизация потребляемой энергии системы и автоматическое поддержание заданного качества ультразвуковой обработки сварных конструкций и других объектов производства при минимальных энергетических затратах операционным технологическим комплексом обеспечивают обработкой обратного сигнала. При этом используют в качестве контролируемого параметра амплитуду обратного сигнала, пропорциональную амплитуде механических колебаний на выходе высокодобротного электромеханического преобразователя, уровень которой в интервале заданных критических значений поддерживают посредством широтно-импульсной модуляции напряжения на несущей резонансной частоте колебательной системы под нагрузкой (см. например, патент PФ 2031144, М.Кл.⁶ С 21 D 1/04, 11/00 от 11.05.90 г.).

Этот способ возбуждения электроакустического преобразователя недостаточно эффективен при изменяющейся нагрузке и подвержен влиянию внешних факторов на амплитуду ультразвуковых смещений преобразователя.

Наиболее близким техническим решением к предложенному техническому решению является способ возбуждения электроакустического преобразователя при изменяющейся нагрузке, который заключается в том, что на преобразователь подают электрические импульсы возбуждения с длительностью не более половины периода его собственных механических колебаний на резонансной или кратной ей частоте, периодически прекращают подачу импульсов возбуждения и возобновляют их подачу по сигналу обратной стрикции на скорректированной частоте (см., например, авторское свидетельство СССР 1271585, В 06 В 1/06 от 1986 г.). Импульсы тока поступают на преобразователь синхронно с колебаниями в резонансном электрическом контуре, образованном преобразователем и компенсатором.

Недостаток этого способа состоит в том, что частота электрического резонанса в контуре из последовательно соединенных преобразователя и компенсатора будет отличаться от собственной частоты механических колебаний преобразователя, так как вследствие воздействия внешних факторов при изменении нагрузки (температуры, вязкости и т.п.) резонансная частота электрического контура и собственная частота механических колебаний преобразователя будут меняться по-разному. Коэффициент эффективности преобразователя на резонансной частоте электрического контура существенно снижается с ростом разницы частот собственных механических колебаний преобразователя и резонансных колебаний электрического контура.

Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на решение задачи эффективного возбуждения колебательной системы на ее резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки на преобразователе. Эта техническая задача решается за счет того, что в способе возбуждения электроакустического преобразователя при изменяющейся нагрузке, который заключается в том, что на преобразователь подают электрические импульсы возбуждения с длительностью не более половины периода его собственных механических колебаний на резонансной или кратной ей частоте, периодически прекращают подачу импульсов возбуждения и возобновляют их подачу по сигналу обратной стрикции на скорректированной частоте, подачу возбуждающих импульсов возобновляют в момент времени, соответствующий фазе наибольшей чувствительности преобразователя, причем возбуждающие импульсы подают на частоте и в фазе колебаний преобразователя в этот момент времени.

Изобретение повышает эффективность возбуждения преобразователя и уменьшает влияние внешних факторов на изменение предельной амплитуды его ультразвуковых смещений в процессе работы под нагрузкой, что позволяет расширить сферу применения метода УУО и автоматизировать при использовании этого метода выбор оптимальных режимов обработки, достижение заданного качества обрабатываемой поверхности в зависимости от степени ее пластического деформирования и снизить энергопотребление.

Ввиду неизвестности предложенной совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, заявленное изобретение соответствует критерию новизны (N). Ввиду того, что из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, оно соответствует критерию изобретательского уровня (IS). Доводы, приведенные ниже в разделе описания изобретения "Промышленная применимость", говорят о том, что предложенное изобретения соответствует критерию промышленная применимость (IA).

На чертеже представлено схематически устройство для осуществления одного из лучших вариантов способа возбуждения ультразвукового преобразователя.

Лучший вариант осуществления изобретения
В лучшем варианте осуществления способа изобретения, который полностью описывает предлагаемый способ, но не исключает использования других вариантов предложения, импульсы возбуждения преобразователя подают на частоте механического резонанса преобразователя под нагрузкой или кратной ей частоте синхронно сигналу обратной стрикции в фазе наибольшей чувствительности нагруженной колебательной системы. Синхронизацию импульсов возбуждения преобразователя с сигналом обратной стрикции проводят таким образом, чтобы они поступали на преобразователь в моменты времени, которые обуславливают возможность достижения максимальных значений амплитуды ультразвуковых смещений при изменяющейся нагрузке.

Существо способа поясняется на чертеже, где показана структурная схема реализующего способ устройства, содержащего источник питания 1, ключ 2, преобразователь 3, генератор 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы, блок управления 5, полосовой фильтр 6 и компаратор нуля 7, который выполнен с возможностью разрешения работы. Сигнал управления ключом 2 формируется в блоке управления 5, на вход которого поступают сигналы генератора 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы. При замыкании ключа импульсы тока, длительностью не более половины периода колебаний преобразователя 3, от источника питания 1 проходят на преобразователь 3 и возбуждают в нем механические колебания на его собственной частоте. На зажимах преобразователя появляется сигнал (напряжение) обратной стрикции, вызванный его механическими колебаниями. При изменении нагрузки и других внешних факторов происходит изменение собственной частоты механических колебаний преобразователя 3 и, следовательно, частоты сигнала обратной стрикции. Напряжение с преобразователя поступает через полосовой фильтр 6 на вход компаратора нуля 7. Компаратор нуля выполнен с возможностью разрешения (запрета) работы. Сигнал разрешения работы компаратора нуля формируется в блоке управления таким образом, чтобы исключить появление на выходе компаратора нуля импульсов, обусловленных работой ключа. Сигнал с выхода компаратора нуля поступает на вход генератора с автоматической подстройкой частоты и фазы, который автоматически подстраивает частоту выходного сигнала таким образом, чтобы сохранялась заданная разность фаз между его выходным сигналом и выходными импульсами компаратора нуля. Блок управления формирует сигнал управления ключом и сигнал разрешения работы для компаратора нуля. При этом частота выходного сигнала генератора с автоматической подстройкой частоты и фазы может быть кратна либо равна частоте импульсов на выходе компаратора нуля. При осуществлении способа могут быть использованы магнитострикционные или пьезоэлектрические преобразователи.

Промышленная применимость
Промышленная применимость предложенного способа возбуждения ультразвукового преобразователя определяется тем, что он улучшает современный метод УУО и изготавливаемое для этого метода оборудование. Метод УУО и оборудование для УУО, которые улучшает данное изобретение, аттестованы по Еврокоду Международным институтом сварки, институтом сварки Франции и находятся в стадии их включения в стандарты ISO (International Organization for Standardization).

Реферат

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в машиностроении, судостроении и моторостроении при производстве сварных конструкций. Повышение эффективности возбуждения колебательной системы на ее резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки на преобразователе достигается за счет того, что на преобразователь подают электрические импульсы возбуждения с длительностью не более половины периода его собственных механических колебаний на резонансной или кратной ей частоте, периодически прекращают подачу импульсов возбуждения и возобновляют их подачу по сигналу обратной стрикции на скорректированной частоте. Подачу возбуждающих импульсов возобновляют в момент времени, соответствующий фазе наибольшей чувствительности преобразователя, причем возбуждающие импульсы подают на частоте и в фазе колебаний преобразователя в этот момент времени. 1 ил.

Формула