[发明专利]一种超声强化在线监测调节方法、装置和超声强化装置

权利要求书

1.一种超声强化在线监测调节方法，其特征在于，包括：

实时测量工作过程当中超声波换能器两端的电压与电流，根据所述电压与 电流计算得到工作过程当中的瞬时负载阻抗；

将所述瞬时负载阻抗与预存的标准负载阻抗阈值进行比较，根据比较结果 得到输出控制信号；

根据所述输出控制信号控制调节超声波工具球端与被强化工件之间的加 工间隙大小。

2.根据权利要求1所述的超声强化在线监测调节方法，其特征在于，在 根据所述输出控制信号控制调节超声波工具球端与被强化工件之间的加 工间隙大小之前，还包括：对所述输出控制信号进行功率放大。

3.一种超声强化在线监测调节装置，其特征在于，包括：

测量计算单元，用于实时获取工作过程当中超声波换能器两端的电压与电 流，根据所述电压与电流计算得到工作过程当中的瞬时负载阻抗；

比较单元，用于将所述瞬时负载阻抗与预存的标准负载阻抗阈值进行比 较，根据比较结果得到输出控制信号；

控制执行单元，用于根据所述输出控制信号控制调节超声波工具球端与被 强化工件之间的加工间隙大小。

4.根据权利要求3所述的超声强化在线监测调节装置，其特征在于，还 包括：

功率放大单元，用于在根据所述输出控制信号控制调节超声波工具球端与 被强化工件之间的加工间隙大小之前，对所述输出控制信号进行功率放 大。

5.一种超声强化装置，其特征在于，包括：工作台、机床床身、超声波 振动器、恒流电源发生器和伺服控制器，所述工作台用于放置待强化工件， 所述工作台位于所述机床床身上方，并相对于所述机床床身移动，所述超 声波振动器通过立柱固定于机床床身上方；

所述超声波振动器包括：超声波换能器、超声波变幅杆和超声波工具，所 述超声波工具靠近被强化工件的一端呈球状，为超声波工具球端；

所述恒流电源发生器的输出电流为所述超声波换能器进行供电，所述超声 波换能器将所述恒流电源发生器输出的电功率转换成超声波机械振动功 率，所述超声波变幅杆用于配合超声波换能器改变超声波振动幅度，所述 超声波工具通过超声波脉冲对被强化工件进行表面强化处理，所述工作台 用于放置所述被强化工件；

所述伺服控制器包括：权利要求3～4任一所述的超声强化在线监测调节 装置，所述伺服控制器通过所述在线监测调节装置实现所述超声波工具球 端与被强化工件之间的加工间隙大小的反馈控制。

6.根据权利要求5所述的超声强化装置，其特征在于，所述工作台的移 动在伺服电机驱动下完成，所述伺服电机与伺服控制器相连接；

所述通过所述在线监测调节装置实现所述超声波工具球端与被强化工件 之间的加工间隙大小的反馈控制，包括：通过控制伺服电机控制工作台的 移动进行超声波工具球端与被强化工件之间的加工间隙大小的调节。

7.根据权利要求5所述的超声强化装置，其特征在于，所述恒流电源发 生器包括：电流采集单元、信号发生单元、比较单元和电流修正单元；

所述电流采集单元用于采集所述超声波换能器输入端的输入电流；

所述信号发生单元用于产生标准电流，所述标准电流包括一频率固定的正 弦电流；

所述比较单元用于将所述电流采集单元采集到的所述超声波换能器输入 端的输入电流与所述标准电流进行比较，得到比较结果；

所述电流修正单元，用于根据所述比较结果对所述超声波换能器输入端的 输入电流进行调整。

8.根据权利要求7所述的超声强化装置，其特征在于，所述根据所述比 较结果对所述超声波换能器输入端的输入电流进行调整，包括：

对所述输入电流的大小进行调整，得到恒流电流；

对所述输入电流的频率进行调整，实现频率的自动跟踪与保持。

9.根据权利要求5所述的超声强化装置，其特征在于，所述超声波振动 发生器还用于：通过所述超声波变幅杆配合超声波换能器调整得到的超声 波振动幅度为20±2um。

10.根据权利要求5所述的超声强化装置，其特征在于，还包括：数控显 示器，所述数控显示器用于输入目标参数值和测量参数值，并通过将所述 目标参数值与所述测量参数值进行比较给出超声强化处理的优化方案；

所述目标参数值包括：工件的经过表面强化处理最终要达到的预期表面粗 糙度、预期显微硬度、预期表面残余应力以及预期覆盖率；

所述测量参数值包括：工件的经过表面强化处理工作以后测量得到的实际 表面粗糙度、显微硬度、表面残余应力以及覆盖率。