專利名稱：壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波領(lǐng)域，尤其涉及一種壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，超聲焊接機(jī)、超聲清洗、超聲加工機(jī)等智能超聲設(shè)備獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，每年的產(chǎn)量都在以15～20％的速度快速遞增。壓電換能器是智能超聲設(shè)備的核心器件，是一種高效、大功率電聲轉(zhuǎn)換器件。壓電換能器集壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)為一身，壓電換能器的裝配過(guò)程是實(shí)現(xiàn)壓電效應(yīng)的過(guò)程，壓電換能器的使用過(guò)程是實(shí)現(xiàn)逆壓電效應(yīng)的過(guò)程。
智能超聲設(shè)備對(duì)壓電換能器的要求是(1)結(jié)構(gòu)尺寸小，瞬時(shí)輸出功率達(dá)35～40w/cm2，連續(xù)功率為7～8w/cm2，功率大，根據(jù)使用不同規(guī)格的晶片和數(shù)量，壓電換能器的功率為100～2200w；(2)在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)和間斷工作狀態(tài)下發(fā)熱少，聲損耗低；(3)電聲轉(zhuǎn)換效率＞80％；(4)壓電換能器工作時(shí)不能松開；(5)壓電陶瓷片在長(zhǎng)期工作狀態(tài)下不會(huì)破碎；(6)同一規(guī)格的壓電換能器在批量生產(chǎn)時(shí)頻率一致性好；(7)阻抗低，對(duì)于15kHz的2200W壓電換能器，其阻抗＜12Ω；(8)電容穩(wěn)定，變化范圍小。
但是，由于陶瓷材料的復(fù)雜多變性、顆粒分布不均、燒結(jié)工藝復(fù)雜、壓電換能器元器件輻射面的平面度、粗糙度和平行度難以控制、壓力波動(dòng)等一系列的原因，使得壓電換能器難以達(dá)到上述要求。尤其突出的是，我國(guó)壓電換能器研制和生產(chǎn)單位使用扭矩扳手裝配壓電換能器，扭矩波動(dòng)范圍達(dá)30～50Nm，壓力波動(dòng)范圍達(dá)3000～6000N，導(dǎo)致批量生產(chǎn)時(shí)的壓電換能器頻率變化范圍達(dá)到150～350Hz，阻抗變化范圍達(dá)3～6Ω，電容變化范圍為500～1200pf，表現(xiàn)在使用過(guò)程中，壓電換能器電聲轉(zhuǎn)換效率低，易發(fā)熱，陶瓷片易破碎、壓電換能器易松開，壓電換能器和超聲波發(fā)生器難以匹配等問(wèn)題，壓電換能器生產(chǎn)和應(yīng)用單位急需解決上述難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電荷量恒定、裝配高性能壓電換能器的壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取下列措施它具有依次相連接的壓電換能器裝配機(jī)、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機(jī)具有底座，在底座中間設(shè)有油缸，并由螺栓固定，油缸側(cè)面設(shè)有油缸出油管、油缸進(jìn)油管，油缸上端設(shè)有待裝配的壓電換能器，在底座兩邊設(shè)有階梯形立柱，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設(shè)有移動(dòng)壓板和上壓板，上壓板用小墊片和螺母固定在階梯形立柱上，在移動(dòng)壓板上和壓電換能器側(cè)面設(shè)有導(dǎo)向座，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設(shè)有扭矩扳手，在扭矩扳手上設(shè)有扭矩扳手進(jìn)油管和扭矩扳手出油管。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益的效果是(1)根據(jù)電荷量來(lái)判斷壓電換能器的裝配質(zhì)量；(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制和檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)改變施加在壓電換能器螺母上的扭矩，實(shí)現(xiàn)了壓電換能器裝配的智能化和自動(dòng)化；(3)裝配精度高，壓電換能器電荷量可控制在±3％以內(nèi)；(4)壓電換能器諧振頻率變化范圍為20～30Hz；(5)壓電換能器阻抗變化范圍為1～1.5Ω；(6)壓電換能器電容變化范圍為100～150pf；(7)壓電換能器工作時(shí)發(fā)熱極少；(8)壓電換能器長(zhǎng)期工作時(shí)不易破碎和松開。
壓電換能器裝配機(jī)計(jì)算機(jī)控制和檢測(cè)系統(tǒng)可以廣泛地用于各種不同形狀、不同規(guī)格的壓電換能器裝配生產(chǎn)和科研領(lǐng)域中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖；圖2是本發(fā)明壓電換能器裝配機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中扭矩扳手1、扭矩扳手進(jìn)油管2、螺母3、小墊片4、上壓板5、扭矩扳手出油管6、大墊片7、導(dǎo)向座8、立柱9、壓電換能器10、移動(dòng)壓板11、油缸出油管12、油缸13、螺栓14、油缸進(jìn)油管15、底座16；圖3(a)是本發(fā)明待裝配的壓電換能器結(jié)構(gòu)示意圖，圖中螺母17、后端蓋18、壓電陶瓷片19、電極20、前端蓋21；
圖3(b)是本發(fā)明待裝配的壓電換能器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明計(jì)算機(jī)控制軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有依次相連接的壓電換能器裝配機(jī)、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機(jī)具有底座16，在底座中間設(shè)有油缸13，并由螺栓14固定，油缸側(cè)面設(shè)有油缸出油管12、油缸進(jìn)油管15，油缸上端設(shè)有待裝配的壓電換能器10，在底座兩邊設(shè)有階梯形立柱9，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設(shè)有移動(dòng)壓板11和上壓板5，上壓板用小墊片4和螺母3固定在階梯形立柱上，在移動(dòng)壓板11上和壓電換能器側(cè)面設(shè)有導(dǎo)向座8，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設(shè)有扭矩扳手1，在扭矩扳手上設(shè)有扭矩扳手進(jìn)油管2和扭矩扳手出油管6。
如圖3所示，壓電換能器具有依次相連接的螺母17、后端蓋18、壓電陶瓷片19、電極20、前端蓋21。
如圖4所示，計(jì)算機(jī)控制軟件流程如下裝配過(guò)程中，在扭矩扳手的作用下，壓電陶瓷片受到軸向壓力，產(chǎn)生電荷，A/D轉(zhuǎn)換器將電荷量(電壓量)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)采樣后開始比較壓電陶瓷實(shí)際承受軸向壓力后的電壓Vi和設(shè)定電壓V0。
進(jìn)入電壓遞增子程序后，先設(shè)定一個(gè)電壓遞增步長(zhǎng)，比較V0、Vi。若V0＞Vi，則返回電壓遞增子程序，繼續(xù)遞增一個(gè)電壓步長(zhǎng)，比較V0、Vi。若V0＜Vi，則開始判斷是否滿足|V0-Vi|＜δ，其中δ是事先設(shè)定的一個(gè)誤差值。
若滿足|V0-Vi|＜δ，則繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，開始計(jì)算壓電陶瓷壓力增量，然后計(jì)算扭矩增量，最后計(jì)算液壓系統(tǒng)油壓增量，輸出控制信號(hào)至伺服電機(jī)，調(diào)整壓力閥，增大液壓扭矩扳手的扭矩，增加施加在壓電陶瓷上的壓力，增加電荷量，從而增加電壓，使壓電換能器達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
若不滿足|V0-Vi|＜δ，則減小電壓遞增步長(zhǎng)，減少電壓調(diào)節(jié)幅度，繼續(xù)執(zhí)行電壓遞增子程序，判斷是否滿足V0＞Vi。如果滿足V0＞Vi，則返回電壓遞增子程序；如果不滿足V0＞Vi，則繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，開始計(jì)算壓電陶瓷壓力增量，然后計(jì)算扭矩增量，最后計(jì)算液壓系統(tǒng)油壓增量，輸出控制信號(hào)至伺服電機(jī)，調(diào)整壓力閥，增大液壓扭矩扳手的扭矩，增加施加在壓電陶瓷上的壓力，增加電荷量，從而增加電壓，使壓電換能器達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
壓電換能器裝配前，在液壓泵的作用下，液壓油經(jīng)油缸進(jìn)油管15進(jìn)入油缸13，活塞向上移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)壓板11將壓電換能器10、大墊片7頂在上壓板5下端面上。導(dǎo)向座8用于壓電換能器在裝配過(guò)程中導(dǎo)向，防止壓電換能器各元器件沿橫向錯(cuò)位。
首先將壓電換能器兩電極20輸入端接入電壓表。在液壓泵的作用下，液壓油徑扭矩扳手進(jìn)油管2，推動(dòng)扭矩扳手1轉(zhuǎn)動(dòng)，將扭矩作用在壓電換能器上端的螺母上。
裝配過(guò)程中，在扭矩扳手的作用下，壓電陶瓷片受到軸向壓力，產(chǎn)生電荷，A/D轉(zhuǎn)換器將電荷量信號(hào)送至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)伺服電機(jī)調(diào)節(jié)壓力閥，改變液壓油壓力，進(jìn)而改變施加在壓電換能器螺母上的扭矩。若電荷量(電壓)偏低，再增加施加在壓電換能器螺母上的扭矩，增加施加壓電陶瓷片上的壓力；若電荷量(電壓)偏高，則減小施加在壓電換能器螺母上的扭矩，降低施加在壓電陶瓷片上的壓力。
實(shí)例扭矩扳手最小扭矩80Nm，最大扭矩1000Nm，精度±3％，液壓系統(tǒng)工作壓力600bar，最大流量6.5L/min，液壓泵動(dòng)力源4kw/380v。
壓電換能器裝配前，在液壓泵的作用下，液壓油經(jīng)油缸進(jìn)油管15進(jìn)入油缸13，活塞向上移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)壓板11將壓電換能器10、大墊片7頂在上壓板5下端面上。導(dǎo)向座8用于壓電換能器在裝配過(guò)程中導(dǎo)向，防止壓電換能器各元器件沿橫向錯(cuò)位。首先將壓電換能器兩電極20輸入端接入電壓表。在液壓泵的作用下，液壓油徑扭矩扳手進(jìn)油管2，推動(dòng)扭矩扳手1轉(zhuǎn)動(dòng)，將扭矩作用在壓電換能器上端的螺母上。裝配過(guò)程中，在扭矩扳手的作用下，壓電陶瓷片受到軸向壓力，產(chǎn)生電荷，A/D轉(zhuǎn)換器將電荷量信號(hào)送至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)伺服電機(jī)調(diào)節(jié)壓力閥，改變液壓油壓力，進(jìn)而改變施加在壓電換能器螺母上的扭矩。若電荷量(電壓)偏低，再增加施加在壓電換能器螺母上的扭矩，增加施加壓電陶瓷片上的壓力；若電荷量(電壓)偏高，則減小施加在壓電換能器螺母上的扭矩，降低施加在壓電陶瓷片上的壓力上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，它具有依次相連接的壓電換能器裝配機(jī)、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機(jī)具有底座(16)，在底座中間設(shè)有油缸(13)，并由螺栓(14)固定，油缸側(cè)面設(shè)有油缸出油管(12)、油缸進(jìn)油管(15)，油缸上端設(shè)有待裝配的壓電換能器(10)，在底座兩邊設(shè)有階梯形立柱(9)，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設(shè)有移動(dòng)壓板(11)和上壓板(5)，上壓板用小墊片(4)和螺母(3)固定在階梯形立柱上，在移動(dòng)壓板(11)上和壓電換能器側(cè)面設(shè)有導(dǎo)向座(8)，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設(shè)有扭矩扳手(1)，在扭矩扳手上設(shè)有扭矩扳手進(jìn)油管(2)和扭矩扳手出油管(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電換能器裝配在線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它具有依次相連接的壓電換能器裝配機(jī)、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機(jī)具有底座，在底座中間設(shè)有油缸，并由螺栓固定，油缸側(cè)面設(shè)有油缸出油管、油缸進(jìn)油管，油缸上端設(shè)有待裝配的壓電換能器，在底座兩邊設(shè)有階梯形立柱，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設(shè)有移動(dòng)壓板和上壓板，上壓板用小墊片和螺母固定在階梯形立柱上，在移動(dòng)壓板上和壓電換能器側(cè)面設(shè)有導(dǎo)向座，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設(shè)有扭矩扳手，在扭矩扳手上設(shè)有扭矩扳手進(jìn)油管和扭矩扳手出油管。本發(fā)明具有裝配精度高、壓電換能器頻率變化小、阻抗低、電容穩(wěn)定、壓電換能器工作時(shí)不易脫開和碎裂等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B06B1/06GK1722487SQ20051004982
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者張?jiān)齐?申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)