超聲振動刀具刃口振幅測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，包括測量砧、驅動桿、前直線軸承、行程擋板、彈簧、限位塊、夾持套、彈簧支撐板、后直線軸承、線性電感線圈、永磁鐵、直流電源、電感測量芯片、模數(shù)轉換器、顯示屏和外殼，超聲振動刀具振動后，其前端刀刃推動測量砧、驅動桿和永磁鐵，由于永磁鐵的移動，線性電感線圈的電感發(fā)生變化，其電感模擬信號經電感測量芯片測量后由模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，并轉換為切割刀具刃口對應的振幅值后由顯示屏顯示輸出，該超聲振動刀具刃口振幅測量裝置結構簡單，成本低廉，使用方便，測量精度高，解決了現(xiàn)有超聲振動刀具刃口振幅難以測量的問題。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲振動振幅測量【技術領域】，尤其是涉及一種用于超聲振動刀具鋒利 刃口振幅的測量裝置。 超聲振動刀具刃口振幅測量裝置

【背景技術】
[0002] 超聲切割是利用超聲壓電換能器驅動切割刀具產生超聲頻率的振動，將碰撞和沖 擊能量傳遞到被切介質，致使被切介質材料疲勞破碎從而達到切割目的的一項新型工藝技 術。超聲切割可更有效、更精確地加工如碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維、各種蜂窩復合材料 和硬脆材料如光學玻璃、硅晶體、陶瓷等。另外，由于與生物組織接觸的切割刀具以一定的 超聲頻率振動時可使生物組織內水汽化、蛋白氫鍵斷裂、細胞崩解、組織被切開、凝固和封 閉小血管，所以超聲切割技術又可運用到醫(yī)療外科手術工具上。目前，超聲切割技術已廣泛 應用于醫(yī)療、航空航天、化工、農業(yè)、食品和機械等領域。
[0003] 超聲切割加工中，在其他條件不變的情況下，切割刀具的振幅越大，超聲壓電換能 器的轉換效率越高，增大切割刀具的振幅可以提高切割加工的速度，因此在超聲切割加工 中，刀具刃口的振幅是切割刀具性能的重要指標之一，然而切割刀具刃口相對來說比較鋒 利，刃口面積較小，刃口法線方向振幅的測量成為一個難以解決的問題。目前振幅的測量方 法有物理觀察法、光學法、電測量法等，但是這些方法對鋒利面積較小刃口振幅的測量都有 一定的局限性，使用物理觀察法很難在刃口產生光斑，難以觀察。使用光學法，在刃口沒有 辦法得到反射光，無法測量，使用電測量法，精度較高，但是成本也較高。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種新型的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，目的是為了解決目前 超聲振動刀具刃口振幅測量困難的問題。
[0005] 超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，該裝置包括測量砧、驅動桿、前直線軸承、行程 擋板、彈簧、限位塊、夾持套、彈簧支撐板、后直線軸承、線性電感線圈、永磁鐵、直流電源、電 感測量芯片、模數(shù)轉換器、顯示屏和外殼，測量砧前端為平面，測量砧與驅動桿同軸設置，測 量砧通過焊接或者粘接裝設在驅動桿前端，測量砧為硬質合金材料、鎢鋼材料或金剛石材 料。
[0006] 永磁鐵與驅動桿同軸設置，通過粘接裝設在驅動桿后端，前直線軸承、行程擋板、 彈簧和后直線軸承依次同軸套設在驅動軸上，前直線軸承和后直線軸承的內徑與驅動桿的 外徑接觸，前直線軸承內徑和后直線軸承內徑與驅動桿外徑的摩擦力均小于〇. 01見前直線 軸承和后直線軸承的外徑與夾持套的內徑接觸，行程擋板固定在驅動軸上，行程擋板和驅 動軸為一體化結構。
[0007] 限位塊和彈簧支撐板固定在夾持套上，限位塊的內徑小于行程擋板的外徑，行程 擋板的外徑大于彈簧的中徑，彈簧的中徑大于彈簧支撐板的內徑，彈簧前端和行程擋板相 接觸，彈黃后端和彈黃支撐板相接觸，彈黃的彈性系數(shù)在0. OOOlA^s? 〇. 之間。限位 塊用來限制行程擋板的位移，進而限制彈簧的最大壓縮距離，彈簧支撐板用來約束彈簧的 后端。線性電感線圈與夾持套同軸設置，線性電感線圈通過粘接固定在夾持套上，外殼與夾 持套聯(lián)接在一起。
[0008] 直流電源、電感測量芯片和模數(shù)轉換器裝設在外殼內，顯示屏裝設在外殼上，直流 電源通過導線分別和線性電感線圈及顯示屏相聯(lián)接，線性電感線圈的測量信號線和電感測 量芯片相聯(lián)接，電感測量芯片通過信號線和模數(shù)轉換器相聯(lián)接，模數(shù)轉換器通過信號線和 顯示屏相聯(lián)接。直流電源向線性電感線圈供應電能，并向顯示屏供應電能，當和測量砧及驅 動桿相聯(lián)接的永磁鐵在線性電感線圈中的位置發(fā)生變化時，線性電感線圈的電感發(fā)生相應 的變化，電感測量芯片采集到線性電感線圈的電感值后，通過信號線將其值大小傳輸至模 數(shù)轉換器，經過模數(shù)轉換后，以數(shù)字形式在顯示屏上顯示測量砧的位移值。
[0009] 使用時，測量砧的軸向方向和超聲切割刀具的刃口法線方向相重合，先讓刀具刃 口和測量砧接觸，然后壓縮彈簧使測量砧后退1--左右，設此時顯示屏讀數(shù)為Z1，然后開 啟超聲振動系統(tǒng)，使刀具開始進行超聲振動并達到諧振狀態(tài)，此時測量砧被超聲振動刀具 刃口又推動后退一定的距離，刀具刃口穩(wěn)定在其最大振幅位置，由于彈簧系統(tǒng)的慣性較大， 響應慢，其固有頻率Π 在1000/?以內，而超聲振動刀具的振動頻率f2為2000(--以上， f2?fl，因此測量砧的動態(tài)變化呈現(xiàn)遲滯穩(wěn)定狀態(tài)，即測量砧在切割刀具刃口超聲振動脈 沖力的作用下，測量砧的位置保持不變，呈靜止狀態(tài)，此時顯示屏讀數(shù)為Z2,因此切割刀具 刃口的振幅為A=Z2-Z1。
[0010] 該超聲振動刀具刃口振幅測量裝置結構簡單、測量方便、精度高、成本低、有效解 決了超聲切割刀具刃口面積較小，刃口法線方向振幅難以測量的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的應用實例示意圖。
[0013] 圖中標號說明：1.測量砧，2.驅動桿，3.前直線軸承，4.行程擋板，5.彈簧，6.限 位塊，7.夾持套，8.彈簧支撐板，9.后直線軸承，10.線性電感線圈，11.永磁鐵，12.直流電 源，13.電感測量芯片，14.模數(shù)轉換器，15.外殼，16.顯示屏，17.刀具，18.刀具刃口。

【具體實施方式】
[0014] 結合圖1所示，超聲振動刀具刃口振幅測量裝置包括測量站1、驅動桿2、前直線 軸承3、行程擋板4、彈簧5、限位塊6、夾持套7、彈簧支撐板8、后直線軸承9、線性電感線圈 10、永磁鐵11、直流電源12、電感測量芯片13、模數(shù)轉換器14、顯示屏16和外殼15,測量砧 1為鎢鋼材料，前端為平面，與驅動桿2同軸，通過焊接裝設在驅動桿2前端。
[0015] 永磁鐵11與驅動桿2同軸設置，通過粘接裝設在驅動桿2后端，前直線軸承3、行 程擋板4、彈簧5和后直線軸承9依次同軸套設在驅動軸上，前直線軸承3和后直線軸承9 的內徑與驅動桿2的外徑接觸，前直線軸承3內徑和后直線軸承9內徑與驅動桿2外徑的 摩擦力均為〇. 〇〇〇6見前直線軸承3和后直線軸承9的外徑與夾持套7的內徑接觸，行程擋 板4固定在驅動軸上，行程擋板4和驅動軸為一體化結構，彈簧5前端和行程擋板4相接觸， 彈黃5后端和彈黃支撐板8相接觸，彈黃5的彈性系數(shù)為0. OO2A0sffl。
[0016] 限位塊6固定在夾持套7上，限位塊6的內徑小于行程擋板4的外徑，行程擋板4 的外徑大于彈簧5的中徑，彈簧5的中徑大于彈簧5支撐板的內徑，限位塊6用來限制行程 擋板4的位移，進而限制彈簧5的最大壓縮距離，彈簧支撐板8用來約束彈簧5的后端。線 性電感線圈10與夾持套7同軸設置，線性電感線圈10通過粘接固定在夾持套7上，外殼15 與夾持套7聯(lián)接在一起。
[0017] 直流電源12、電感測量芯片13和模數(shù)轉換器14裝設在外殼15內，顯示屏16裝設 在外殼15上，直流電源12通過導線分別和線性電感線圈10及顯示屏16相聯(lián)接，線性電感 線圈10的測量信號線和電感測量芯片13相聯(lián)接，電感測量芯片13通過信號線和模數(shù)轉換 器14相聯(lián)接，模數(shù)轉換器14通過信號線和顯示屏16相聯(lián)接。直流電源12向線性電感線 圈10供應電能，并向顯示屏16供應電能，當和測量站1及驅動桿2相聯(lián)接的永磁鐵11在 線性電感線圈10中的位置發(fā)生變化時，線性電感線圈10的電感發(fā)生相應的變化，電感測量 芯片13采集到線性電感線圈10的電感值后，通過信號線將其值大小傳輸至模數(shù)轉換器14， 經過模數(shù)轉換后，以數(shù)字形式在顯示屏16上顯示測量砧1的位移值。
[0018] 結合圖2所示，工作時，測量砧1的軸向方向和超聲切割刀具17的刃口法線方向 相重合，先讓刀具刃口 18和測量砧1接觸，然后壓縮彈簧5使測量砧1后退k?，設此時顯 示屏16讀數(shù)為Zl=l. 0000_，然后開啟超聲振動系統(tǒng)，使刀具17開始進行超聲振動并達到 諧振狀態(tài)，刀具17振動頻率為22. ，此時測量砧1被超聲振動刀具刃口 18又推動后退 一定的距離，刀具刃口 18穩(wěn)定在其最大振幅位置，此時顯示屏16讀數(shù)為Z2=l. 0623--，因此 切割刀具刃口 18 的振幅為 Α=Ζ2-Ζ1=1· 0623遞?-1. 0000遞?=0· 0623/--=62· 3腫。
【權利要求】
1. 超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，該裝置包括測量砧、驅動桿、前直線軸承、行程擋 板、彈簧、限位塊、夾持套、彈簧支撐板、后直線軸承、線性電感線圈、永磁鐵、直流電源、電感 測量芯片、模數(shù)轉換器、顯示屏和外殼，其特征在于：測量砧前端為平面，測量砧與驅動桿 同軸并裝設在驅動桿前端，永磁鐵與驅動桿同軸并裝設在驅動桿后端，前直線軸承、行程擋 板、彈簧和后直線軸承依次同軸套設在驅動軸上，前直線軸承和后直線軸承的內徑與驅動 桿的外徑接觸，前直線軸承內徑和后直線軸承內徑與驅動桿外徑的摩擦力均小于0.0W，前 直線軸承和后直線軸承的外徑與夾持套的內徑接觸，行程擋板固定在驅動軸上，限位塊和 彈簧支撐板固定在夾持套上，限位塊的內徑小于行程擋板的外徑，行程擋板的外徑大于彈 黃的中徑，彈黃的中徑大于彈黃支撐板的內徑，彈黃如端和彳丁程擋板相接觸，彈黃后端和彈 簧支撐板相接觸，彈簧的彈性系數(shù)在0. 〇〇〇W/?T〇. 5#/_之間，線性電感線圈與夾持套同 軸設置并固定在夾持套上，外殼與夾持套聯(lián)接在一起，直流電源、電感測量芯片和模數(shù)轉換 器裝設在外殼內，顯示屏裝設在外殼上，直流電源通過導線和線性電感線圈及顯示屏相聯(lián) 接，線性電感線圈的測量信號線和電感測量芯片相聯(lián)接，電感測量芯片通過信號線和模數(shù) 轉換器相聯(lián)接，模數(shù)轉換器通過信號線和顯示屏相聯(lián)接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的測量 石占為硬質合金材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的測量 砧為金剛石材料。
4. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的測量 石占為鶴鋼材料。
5. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的測量 石占焊接在驅動軸如端。
6. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的測量 石占粘接在驅動軸如端。
7. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的永磁 鐵粘接在驅動軸后端。
8. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的行程 擋板和驅動軸為一體化結構。
9. 根據(jù)權利要求1所述的超聲振動刀具刃口振幅測量裝置，其特征在于：所述的線性 電感線圈粘接在夾持套內。
【文檔編號】G01H11/06GK104101422SQ201410370241
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2014年7月31日
【發(fā)明者】殷振, 李艷, 李華, 曹自洋, 汪幫富, 徐力, 傅超, 吳陽 申請人:蘇州科技學院