專利名稱：大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬焊接機(jī)或金屬探測(cè)儀等所需的大功率超聲波信號(hào)源，屬于超聲波焊接機(jī)制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
大功率超聲波焊機(jī)是利用高頻振動(dòng)產(chǎn)生的能量，將同種或異種金屬，在適當(dāng)壓力下通過(guò)冷磨擦及水平運(yùn)動(dòng)把材料表面分子互相熔合，達(dá)到焊接之目的，超聲波功率的穩(wěn)定是確保焊接質(zhì)量之關(guān)鍵。通常將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的超聲波換能器都是采用壓電陶瓷式換能器。壓電陶瓷具有品質(zhì)因素極高，諧振曲線極陡，電聲轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在千瓦級(jí)以上電功率加至壓電陶瓷片上時(shí)，其陶瓷片內(nèi)溫度短時(shí)間可上升到百度以上，由于溫升，陶瓷片會(huì)產(chǎn)生微小的形變。使其固有諧振頻率參數(shù)發(fā)生變化，這時(shí)如所加大功率超聲波信號(hào)的頻率不隨之而變，就會(huì)造成信號(hào)源頻率和陶瓷片固有頻率失諧，換能器輸出功率大大下降，效率降低。直接嚴(yán)重影響工件焊接質(zhì)量，這時(shí)大功率超聲波焊接時(shí)必須一邊工作一邊調(diào)整，非常麻煩，生產(chǎn)效率低。就臺(tái)灣一些超聲波焊接廠和國(guó)內(nèi)個(gè)別廠，也試圖采購(gòu)瑞士進(jìn)口換能器來(lái)減小陶瓷片的溫漂但最終只能是改善，還是解決不了功率恒定的根本問(wèn)題，這就是國(guó)內(nèi)大功率超聲波焊機(jī)生產(chǎn)之難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是為克服上述由于大功率工作造成壓電陶瓷片的頻漂而造成輸出功率下降的現(xiàn)象，提供了一種調(diào)試高效，方便，功率恒定的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源包括混調(diào)電路、壓控振蕩器、大功率逆變器、換能器、功率調(diào)節(jié)電路、功率反饋網(wǎng)絡(luò)、反饋信號(hào)處理電路；其中，混調(diào)電路、壓控振蕩器、大功率逆變器、換能器順序串聯(lián)連接，功率反饋網(wǎng)絡(luò)的輸入端接換能器的信號(hào)輸出端采集反饋信號(hào)，功率反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端接反饋信號(hào)處理電路的輸入端，反饋信號(hào)處理電路的輸出端接混調(diào)電路的反饋信號(hào)輸入端，功率調(diào)節(jié)電路的輸出端接大功率逆變器的另一輸入端。
混調(diào)電路中，將可調(diào)電阻的中端、調(diào)頻電壓和功率反饋信號(hào)的信號(hào)加至第一運(yùn)算放大器的輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端接第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，經(jīng)第二運(yùn)算放大器輸出信號(hào)；將輸出信號(hào)輸入至壓控振蕩器中的壓控振蕩電路的第9腳進(jìn)行調(diào)頻，壓控振蕩電路的第4腳輸出超聲波頻率信號(hào)并輸入至大功率逆變器觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生四組觸發(fā)信號(hào)分別送至大功率逆變器的輸出端“B1-B8”端，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器工作。功率反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出功率信號(hào)輸入至反饋信號(hào)處理電路產(chǎn)生功率反饋信號(hào)送至混調(diào)電路；若輸出功率超負(fù)荷，反饋信號(hào)處理電路中產(chǎn)生功率超負(fù)荷信號(hào)，功率超負(fù)荷信號(hào)經(jīng)反饋信號(hào)處理電路處理切斷大功率逆變器電源，反饋信號(hào)處理電路輸出報(bào)警信號(hào)至壓控振蕩器中驅(qū)動(dòng)超負(fù)荷報(bào)警指示。功率調(diào)節(jié)電路的輸出端“A3、A4”輸出直流電壓接至大功率逆變器，大功率逆變器的輸出端“A1、A2”輸出交流電壓接至換能器。
本自適應(yīng)信號(hào)源由壓控振蕩器(VCO)，大功率直流電源，大功率逆變器，功率調(diào)節(jié)電路，功率反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋信號(hào)處理電路，混調(diào)電路(圖中沒(méi)有該部分的內(nèi)容)組成。工作原理簡(jiǎn)述如下大功率超聲波信號(hào)加至超聲波換能器上產(chǎn)生高頻大功率振動(dòng)摩擦，使工件焊接在一起。如由于換能器上陶瓷片溫升而使系統(tǒng)失諧，輸出功率變化。當(dāng)產(chǎn)生這個(gè)微小的功率變化量時(shí)，通過(guò)反饋電路的信號(hào)處理，加到混調(diào)電路改變壓控振蕩器的頻率，使之與壓電陶瓷片新的固有頻率相一致而諧振，輸出恒定的功率。
有益效果經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作效果非常明顯。原來(lái)1500W功率時(shí)，工作半小時(shí)，輸出功率下降為300W左右，而現(xiàn)在輸出功率為1440W左右，輸出功率變化大大減小，輸出波形始終為正弦波，達(dá)到最佳焊接效果?，F(xiàn)產(chǎn)品已有七臺(tái)用于電子廠生產(chǎn)第一線。
在大功率金屬焊接機(jī)焊接時(shí)，置于手動(dòng)擋按照工件的要求設(shè)定好功率和焊接時(shí)間(在面板)，然后切換到自動(dòng)擋。隨著工作時(shí)間的加長(zhǎng)換能器上壓電陶瓷片溫度升高會(huì)導(dǎo)致其固有諧振頻率變化，使此與大功率信號(hào)源失諧，而造成換能器輸出功率下降，焊接不牢。這時(shí)通過(guò)功率反饋網(wǎng)絡(luò)將功率的下降值通過(guò)電流反饋方式送到反饋信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，然后送至混調(diào)電路與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較放大，去控制壓控振蕩器，改變此頻率與換能器新的頻率保持一致，始終處于諧振狀態(tài)，保持功率的恒定，整個(gè)過(guò)程電路自動(dòng)適時(shí)跟蹤。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖，其中有混調(diào)電路1、壓控振蕩器2、大功率逆變器3、換能器4、功率調(diào)節(jié)電路5、功率反饋網(wǎng)絡(luò)6、反饋信號(hào)處理電路7。
圖2是本實(shí)用新型中混調(diào)電路1的電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型中壓控振蕩器2的電路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型中大功率逆變器3的電路原理圖。
圖5是本實(shí)用新型中功率反饋網(wǎng)絡(luò)6的電路原理圖。
圖6是本實(shí)用新型中換能器4的電路原理圖。
圖7是本實(shí)用新型中功率調(diào)節(jié)電路5的電路原理圖。
圖8是本實(shí)用新型中反饋信號(hào)處理電路7的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖1，本實(shí)用新型的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源包括混調(diào)電路1、壓控振蕩器2、大功率逆變器3、換能器4、功率調(diào)節(jié)電路5、功率反饋網(wǎng)絡(luò)6、反饋信號(hào)處理電路7；其中，混調(diào)電路1、壓控振蕩器2、大功率逆變器3、換能器4順序串聯(lián)連接，功率反饋網(wǎng)絡(luò)6的輸入端接換能器4的信號(hào)輸出端采集反饋信號(hào)，功率反饋網(wǎng)絡(luò)6的輸出端接反饋信號(hào)處理電路7的輸入端，反饋信號(hào)處理電路7的輸出端接混調(diào)電路1的反饋信號(hào)輸入端，功率調(diào)節(jié)電路5的輸出端接大功率逆變器3的另一輸入端。
參照附圖2，混調(diào)電路1中，將可調(diào)電阻Rw6的中端、調(diào)頻電壓和功率反饋信號(hào)A7的信號(hào)加至第一運(yùn)算放大器A1-3的輸入端，第一運(yùn)算放大器A1-3的輸出端接第二運(yùn)算放大器A1-4的同相輸入端，經(jīng)第二運(yùn)算放大器A1-4輸出信號(hào)A5；參照附圖3，將輸出信號(hào)A5輸入至壓控振蕩器IC5的第9腳進(jìn)行調(diào)頻，壓控振蕩器IC5的第4腳輸出超聲波頻率信號(hào)A0，參照附圖4，超聲波頻率信號(hào)A0輸入至大功率逆變器3觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生四組觸發(fā)信號(hào)分別送至大功率逆變器3的輸出端B1-B8端，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器工作。參照附圖5、6、7、8，功率反饋網(wǎng)絡(luò)6的輸出功率信號(hào)A8輸入至反饋信號(hào)處理電路7產(chǎn)生功率反饋信號(hào)A7送至混調(diào)電路1；如輸出功率超負(fù)荷，反饋信號(hào)處理電路7中產(chǎn)生功率超負(fù)荷信號(hào)A9，功率超負(fù)荷信號(hào)A9經(jīng)反饋信號(hào)處理電路7處理可切斷大功率逆變器電源，反饋信號(hào)處理電路7輸出報(bào)警信號(hào)A6至壓控振蕩器2中驅(qū)動(dòng)超負(fù)荷報(bào)警指示。功率調(diào)節(jié)電路5的輸出端“A3、A4”輸出直流電壓至大功率逆變器3，大功率逆變器3的輸出端“A1、A2”輸出交流電壓至換能器4。
當(dāng)換能器固有諧振頻率由于溫升發(fā)生變化時(shí)，輸出功率將發(fā)生變化。功率的變化通過(guò)電流的互感反饋至反饋信號(hào)處理單元，和門限設(shè)定值進(jìn)行比較放大，產(chǎn)生一個(gè)正或負(fù)的電壓送至混調(diào)電路1，混調(diào)電路1將頻率設(shè)定值的電壓信號(hào)和反饋信號(hào)處理電路7送來(lái)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大去控制鎖相環(huán)的輸出頻率，使之與換能器頻率一致，保持始終諧振狀態(tài)，確保輸出功率不變，保證了焊接質(zhì)量。
大功率直流電源采用可調(diào)模塊電源(0-5KW可變)。壓控振蕩器采用CD4046PLL鎖相環(huán)電路。低壓電路和大功率高壓電路隔離，防止干擾。調(diào)整好大功率電路和換能器的匹配，使輸出機(jī)械能最大。
以下為主要元件的清單
權(quán)利要求1、一種大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源，其特征在于該信號(hào)源包括混調(diào)電路(1)、壓控振蕩器(2)、大功率逆變器(3)、換能器(4)、功率調(diào)節(jié)電路(5)、功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)、反饋信號(hào)處理電路(7)；其中，混調(diào)電路(1)、壓控振蕩器(2)、大功率逆變器(3)、換能器(4)順序串聯(lián)連接，功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)的輸入端接換能器(4)的信號(hào)輸出端采集反饋信號(hào)，功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)的輸出端接反饋信號(hào)處理電路(7)的輸入端，反饋信號(hào)處理電路(7)的輸出端接混調(diào)電路(1)的反饋信號(hào)輸入端，功率調(diào)節(jié)電路(5)的輸出端接大功率逆變器(3)的另一輸入端。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源，其特征在于混調(diào)電路(1)中，將可調(diào)電阻(Rw6)的中端、調(diào)頻電壓和功率反饋信號(hào)(A7)的信號(hào)加至第一運(yùn)算放大器(A1-3)的輸入端，第一運(yùn)算放大器(A1-3)的輸出端接第二運(yùn)算放大器(A1-4)的同相輸入端，經(jīng)第二運(yùn)算放大器(A1-4)輸出信號(hào)(A5)；將輸出信號(hào)(A5)輸入至壓控振蕩器(2)中的壓控振蕩電路(IC5)的第9腳進(jìn)行調(diào)頻，壓控振蕩電路(IC5)的第4腳輸出超聲波頻率信號(hào)(A0)并輸入至大功率逆變器(3)觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生四組觸發(fā)信號(hào)分別送至大功率逆變器(3)的輸出端“B1-B8”端，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器工作。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源，其特征在于功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)的輸出功率信號(hào)(A8)輸入至反饋信號(hào)處理電路(7)產(chǎn)生功率反饋信號(hào)(A7)送至混調(diào)電路(1)；若輸出功率超負(fù)荷，反饋信號(hào)處理電路(7)中產(chǎn)生功率超負(fù)荷信號(hào)(A9)，功率超負(fù)荷信號(hào)(A9)經(jīng)反饋信號(hào)處理電路(7)處理切斷大功率逆變器電源，反饋信號(hào)處理電路(7)輸出報(bào)警信號(hào)(A6)至壓控振蕩器(2)中驅(qū)動(dòng)超負(fù)荷報(bào)警指示。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源，其特征在于功率調(diào)節(jié)電路(5)的輸出端“A3、A4”輸出直流電壓接至大功率逆變器(3)，大功率逆變器(3)的輸出端“A1、A2”輸出交流電壓接至換能器(4)。
專利摘要大功率超聲波金屬焊接機(jī)自適應(yīng)信號(hào)源涉及一種金屬焊接機(jī)或金屬探測(cè)儀等所需的大功率超聲波信號(hào)源，該信號(hào)源包括混調(diào)電路(1)、壓控振蕩器(2)、大功率逆變器(3)、換能器(4)、功率調(diào)節(jié)電路(5)、功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)、反饋信號(hào)處理電路(7)；其中，混調(diào)電路(1)、壓控振蕩器(2)、大功率逆變器(3)、換能器(4)順序串聯(lián)連接，功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)的輸入端接換能器(4)的信號(hào)輸出端采集反饋信號(hào)，功率反饋網(wǎng)絡(luò)(6)的輸出端接反饋信號(hào)處理電路(7)的輸入端，反饋信號(hào)處理電路(7)的輸出端接混調(diào)電路(1)的反饋信號(hào)輸入端，功率調(diào)節(jié)電路(5)的輸出端接大功率逆變器(3)的另一輸入端。
文檔編號(hào)B23K20/10GK201147869SQ20072003802
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者王建華, 磊 趙 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)