Система автоматичного керування технологічним процесом пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів

4. Проведено дослідження розробленої системи автоматичного керування пайкою СПП та оцінка адекватності САК, в результаті чого вироблено практичні рекомендації по її використанню.

5. З використанням методики планування експерименту отримано модель, яка описує залежність механічної добротності СПП від режимів технологічного процесу пайки. На основі одержаної залежності проведено експериментальну оптимізацію режимів та визначені їх оптимальні значення, які забезпечують максимум механічної добротності СПП.

6. Запропоновано новий спосіб керування технологічним процесом пайки СПП, на основі котрого розроблено, досліджено та впроваджено пристрій регулювання напруги поляризації СПП, який забезпечує автоматичне регулювання напруги поляризації в залежності від температури п’єзоелементів.

7. Проведено оптимізацію параметрів розробленого пристрою регулювання напруги поляризації з метою визначення оптимального закону керування напругою поляризації. Зазначено, що оптимальним є випадок, коли збігаються функціональні залежності пробивної напруги та напруги поляризації від температури.

8. В результаті впровадження розроблених пристоїв та застосування знайдених під час оптимізації технологічних режимів, значення показника якості СПП – механічної добротності, зросло на 16%.

 

 

Гонтовой С. В. Устройство для поляризации пьезоэлементов во время пайки составных пьезокерамических преобразователей// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 1998. -№1. – С. 20-22.

Гонтовой С. В. Математическое моделирование процесса индукционного нагрева составных пьезокерамических преобразователей. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 1998. -№3-4. – С. 38-41.

Паэранд Ю. Э., Гонтовой С. В. Оптимизация процесса пайки составных пьезокерамических преобразователей. //Вестник МАНЭБ (IAELPS), С. -Петербург, выпуск №4 (12). -1998г. -С. 92-93.

Паэранд Ю. Э., Гонтовой С. В. Автоматическое управление процессом пайки составных пьезокерамических преобразователей. //Труды 4-й Украинскаой конференции по автоматическому управлению “Автоматика-97”, том 4. -Черкассы. -1997. – С. 40.

Пат. 23380А Украина МКИ В23К3/00. Пристрій для паяння складених п’єзокерамічних перетворювачів/Паеранд Ю. Е., Гонтовий С. В. (Україна) – №95030971; Заявл. 01. 03. 1995; Опубл. 31. 08. 1998, Бюл. №4

Гонтовой С. В., Паэранд Ю. Э. Устройство для пайки составных пьезокерамических преобразователей. // Труды Международной научно-технической конференции “Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения”. – Алушта. – 1996. -С. 21.

Особистий внесок автора в роботах, що опубліковані в співавторстві, полягає у наступному: запропоновано новий спосіб поляризації п’єзоелементів СПП [6], розроблено структурну схему та принцип дії пристрою поляризації [4, 5], проведено оптимізацію режимів технологічного процесу пайки СПП [3].

 

 

Гонтовий С. В. Система автоматичного керування технологічним процесом пайки складених п’єзокерамічних перетворювічів. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 13. 07-Автоматизація технологічних процесів. Донецький державний технічний університет. Донецьк, 1999.

У роботі досліджено та проаналізовано технологічний процес пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів з точки зору підвищення показників їхньої якості, та забезпечення повторюваності параметрів. Розглянуто основні етапи формування характеристик складених п’єзокерамічних перетворювачів, та виділено фактори, які впливають на значення параметру їхньої якості – механічної добротності. Запропоновано, розроблено та досліджено систему автоматичного керування технологічним процесом індукційної пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів. Запропоновано новий спосіб регулювання напруги поляризації. Розроблено математичну модель пристрою та процесу індукційної пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів. Проведено оптимізацію параметрів та режимів роботи розробленого пристрою для індукційної пайки з метою поліпшення показника якості складених п’єзокерамічних перетворювачів. Впроваджено у виробництво розроблений пристрій.

Ключові слова: складений п’єзокерамічний перетворювач, індукційна пайка, математична модель індукційної пайки, система автоматичного керування, пристрій регулювання напруги поляризації, оптимізація параметрів.

 

В работе исследован и проанализирован технологический процесс пайки составных пьезокерамических преобразователей с точки зрения повышения показателей их качества и улучшения повторяемости параметров. Рассмотрены основные этапы формирования характеристик СПП и выделены факторы, которые влияют на значения показателя их качества-механической добротности. Установлено, что резервы по повышению показателя качества составных пьезокерамических преобразователей следует искать в автоматизации технологического процесса. С этой целью было проведено исследование, в результате которого установлены факторы, оказывающие влияние на значение механической добротности. Разработана математическая модель устройства и процесса индукционной пайки составных пьезокерамических преобразователей. Модель позволяет связать параметры и режимы работы устройства индукционного нагрева с физическими характеристиками процесса нагрева – распределением температуры по сечению СПП и динамикой нагрева. В результате численного эксперимента на разработанной модели получено значение оптимальной области рабочих частот устройства индукционного нагрева. В качестве критериев использовались следующие показатели: КПД устройства, время пайки и энергия, затрачиваемая на пайку. Для определения оптимальных режимов протекания технологического процесса пайки проведена экспериментальная оптимизация с использованием методики планирования эксперимента Бокса-Уилсона. В качестве независимых переменных были выбраны время пайки, напряжение поляризации и один из параметров устройства регулирования напряжения поляризации, влияющий на режим поляризации. По результатам эксперимента определена область оптимальных режимов в факторном пространстве независимых переменных. При найденных режимах были изготовлены контрольные партии составных пьезокерамических преобразователей. Измерение их параметров показало увеличение значения механической добротности на 16% по сравнению с существующим технологическим процессом. Предложен новый способ регулирования напряжения поляризации. Согласно этому способу между пьезоэлементами, установленными на металлическое основание, передается тестовый сигнал. Амплитуда сигнала на приемном пьезоэлементе обратнопропорциональна температуре пьезокерамики. По динамике затухания тестового сигнала можно судить об изменении температуры составного пьезокерамического преобразователя. Предложена, разработана и исследована система автоматического управления напряжением поляризации, в которой использован предложенный способ контроля температуры пьезокерамики. Установлено, что наиболее благоприятным режимом поляризации является режим, когда совпадают виды температурных зависимостей напряжения поляризации и пробивного напряжения пьезокерамики. С целью определения оптимального вида зависимости напряжения поляризации от температуры проведена оптимизация параметров устройства регулирования напряжения поляризации. Для этого был получен минимизирующий функционал, в который в качестве независимых переменных были включены параметры устройства, влияющие на вид оптимизируемой зависимости. Оптимизация была выполнена с использованием метода градиентного спуска. Минимизации подвергалось отклонение напряжения поляризации от образцовой зависимости. В качестве образцовой была принята температурная зависимость пробивного напряжения, приведенная к рассчитанному диапазону изменения напряжения поляризации. В результате оптимизации получены параметры устройства регулирования напряжения поляризации, минимизирующие указанное отклонение. Даны рекомендации по применению разработанной системы автоматического управления технологическим процессом и оборудования. Предложенный способ регулирования напряжения поляризации, САУ и технологическое оборудование, разработанное на его основе, может использоваться в любых технологических операциях, где возникает необходимость пайки пьезокерамики к металлу. Разработанное устройство внедрено в производство.

Ключевые слова: составной пьезокерамический преобразователь, индукционная пайка, математическая модель индукционной пайки, система автоматического управления, устройство регулирования напряжения поляризации, оптимизация параметров.

 

In work explored and analysed technological process of soldering with- component piezoceramic converters from standpoints of raising show-their quality and perfecting repeatability of parameters. Considered main steps of tecnological procesis shaping the features of component piezoceramic converters and chosen factors, which influence their quality factor – mechanical good quality upon values of. Offered, designed and explored autocontrol system for induction soldering the component piezoceramic converters. Betrayed-reaped new way of regulation of voltage. Designed mathematical device model and process induction soldering the component piezoceramic converters. Conducted optimization of parameters and states of working developping device for induction soldering for the reason raising a quality factor component piezoceramic converters. Dvelopping device is introduced in the production.

Keywords: component piezoceramic converter, induction soldering, mathematical model of induction soldering, voltages polarizations controling device, autocontrol system, parameters optimization.