專利名稱：壓電換能器裝配在線計算機控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及超聲波領域，尤其涉及一種壓電換能器裝配在線計算機控制裝置。
背景技術：
隨著科學技術的迅猛發(fā)展，超聲焊接機、超聲清洗、超聲加工機等智能超聲設備獲得了越來越廣泛的應用，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和逆壓電效應為一身，壓電換能器的裝配過程是實現(xiàn)壓電效應的過程，壓電換能器的使用過程是實現(xiàn)逆壓電效應的過程。
智能超聲設備對壓電換能器的要求是(1)結(jié)構尺寸小，瞬時輸出功率達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)在長時間連續(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)壓電換能器工作時不能松開；(5)壓電陶瓷片在長期工作狀態(tài)下不會破碎；(6)同一規(guī)格的壓電換能器在批量生產(chǎn)時頻率一致性好；(7)阻抗低，對于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，由于陶瓷材料的復雜多變性、顆粒分布不均、燒結(jié)工藝復雜、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、壓力波動等一系列的原因，使得壓電換能器難以達到上述要求。尤其突出的是，我國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，扭矩波動范圍達30～50Nm，壓力波動范圍達3000～6000N，導致批量生產(chǎn)時的壓電換能器頻率變化范圍達到150～350Hz，阻抗變化范圍達3～6Ω，電容變化范圍為500～1200pf，表現(xiàn)在使用過程中，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)生器難以匹配等問題，壓電換能器生產(chǎn)和應用單位急需解決上述難題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型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算機控制裝置。
為了達到上述目的，本實用新型采取下列措施它具有依次相連接的壓電換能器裝配機、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機、伺服電機、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機具有底座，在底座中間設有油缸，并由螺栓固定，油缸側(cè)面設有油缸出油管、油缸進油管，油缸上端設有待裝配的壓電換能器，在底座兩邊設有階梯形立柱，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設有移動壓板和上壓板，上壓板用小墊片和螺母固定在階梯形立柱上，在移動壓板上和壓電換能器側(cè)面設有導向座，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設有扭矩扳手，在扭矩扳手上設有扭矩扳手進油管和扭矩扳手出油管。
本實用新型與背景技術相比具有的有益的效果是(1)根據(jù)電荷量來判斷壓電換能器的裝配質(zhì)量；(2)通過計算機控制和檢測系統(tǒng)來改變施加在壓電換能器螺母上的扭矩，實現(xiàn)了壓電換能器裝配的智能化和自動化；(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)壓電換能器工作時發(fā)熱極少；(8)壓電換能器長期工作時不易破碎和松開。
壓電換能器裝配機計算機控制和檢測系統(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)和科研領域中。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是壓電換能器裝配在線計算機控制裝置方框圖；圖2是本實用新型壓電換能器裝配機結(jié)構示意圖，圖中扭矩扳手1、扭矩扳手進油管2、螺母3、小墊片4、上壓板5、扭矩扳手出油管6、大墊片7、導向座8、立柱9、壓電換能器10、移動壓板11、油缸出油管12、油缸13、螺栓14、油缸進油管15、底座16；圖3(a)是本實用新型待裝配的壓電換能器結(jié)構示意圖，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)是本實用新型待裝配的壓電換能器結(jié)構側(cè)視圖；圖4是本實用新型計算機控制軟件流程圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，壓電換能器裝配在線計算機控制裝置具有依次相連接的壓電換能器裝配機、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機、伺服電機、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機具有底座16，在底座中間設有油缸13，并由螺栓14固定，油缸側(cè)面設有油缸出油管12、油缸進油管15，油缸上端設有待裝配的壓電換能器10，在底座兩邊設有階梯形立柱9，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設有移動壓板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，在移動壓板11上和壓電換能器側(cè)面設有導向座8，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設有扭矩扳手1，在扭矩扳手上設有扭矩扳手進油管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，計算機控制軟件流程如下裝配過程中，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)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)采樣后開始比較壓電陶瓷實際承受軸向壓力后的電壓Vi和設定電壓V0。
進入電壓遞增子程序后，先設定一個電壓遞增步長，比較V0、Vi。若V0＞Vi，則返回電壓遞增子程序，繼續(xù)遞增一個電壓步長，比較V0、Vi。若V0＜Vi，則開始判斷是否滿足|V0-Vi|＜δ，其中δ是事先設定的一個誤差值。
若滿足|V0-Vi|＜δ，則繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，開始計算壓電陶瓷壓力增量，然后計算扭矩增量，最后計算液壓系統(tǒng)油壓增量，輸出控制信號至伺服電機，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，使壓電換能器達到設計要求。
若不滿足|V0-Vi|＜δ，則減小電壓遞增步長，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，開始計算壓電陶瓷壓力增量，然后計算扭矩增量，最后計算液壓系統(tǒng)油壓增量，輸出控制信號至伺服電機，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，使壓電換能器達到設計要求。
壓電換能器裝配前，在液壓泵的作用下，液壓油經(jīng)油缸進油管15進入油缸13，活塞向上移動，通過移動壓板11將壓電換能器10、大墊片7頂在上壓板5下端面上。導向座8用于壓電換能器在裝配過程中導向，防止壓電換能器各元器件沿橫向錯位。
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油管2，推動扭矩扳手1轉(zhuǎn)動，將扭矩作用在壓電換能器上端的螺母上。
裝配過程中，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)換器將電荷量信號送至計算機控制系統(tǒng)，通過伺服電機調(diào)節(jié)壓力閥，改變液壓油壓力，進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)油缸進油管15進入油缸13，活塞向上移動，通過移動壓板11將壓電換能器10、大墊片7頂在上壓板5下端面上。導向座8用于壓電換能器在裝配過程中導向，防止壓電換能器各元器件沿橫向錯位。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油管2，推動扭矩扳手1轉(zhuǎn)動，將扭矩作用在壓電換能器上端的螺母上。裝配過程中，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)換器將電荷量信號送至計算機控制系統(tǒng)，通過伺服電機調(diào)節(jié)壓力閥，改變液壓油壓力，進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施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種壓電換能器裝配在線計算機控制裝置，其特征在于，它具有依次相連接的壓電換能器裝配機、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機、伺服電機、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機具有底座(16)，在底座中間設有油缸(13)，并由螺栓(14)固定，油缸側(cè)面設有油缸出油管(12)、油缸進油管(15)，油缸上端設有待裝配的壓電換能器(10)，在底座兩邊設有階梯形立柱(9)，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設有移動壓板(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，在移動壓板(11)上和壓電換能器側(cè)面設有導向座(8)，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設有扭矩扳手(1)，在扭矩扳手上設有扭矩扳手進油管(2)和扭矩扳手出油管(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種壓電換能器裝配在線計算機控制裝置。它具有依次相連接的壓電換能器裝配機、電壓表、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機、伺服電機、壓力閥、液壓泵，壓電換能器裝配機具有底座，在底座中間設有油缸，并由螺栓固定，油缸側(cè)面設有油缸出油管、油缸進油管，油缸上端設有待裝配的壓電換能器，在底座兩邊設有階梯形立柱，在階梯形立柱和待裝配的壓電換能器兩端設有移動壓板和上壓板，上壓板用小墊片和螺母固定在階梯形立柱上，在移動壓板上和壓電換能器側(cè)面設有導向座，在上壓板和待裝配的壓電換能器上端設有扭矩扳手，在扭矩扳手上設有扭矩扳手進油管和扭矩扳手出油管。本實用新型具有裝配精度高、壓電換能器頻率變化小、阻抗低、電容穩(wěn)定、壓電換能器工作時不易脫開和碎裂等優(yōu)點。
文檔編號B06B1/06GK2802732SQ20052010244
公開日2006年8月2日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權日2005年5月25日
發(fā)明者張云電 申請人:杭州電子科技大學