CN108418315B - 一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置和方法，所述装置包括固定端和旋转端，旋转端包括旋转端磁芯和旋转端线圈；固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈；超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈。本发明将超声能量传输信号与超声反馈信号分离，对旋转端电信号进行采集，可实时反馈并调整超声加工过程中谐振状态及快速响应失谐状态下的谐振跟踪。
Description
技术领域
本发明属于旋转超声加工技术领域，具体涉及一种非接触式超声旋转加工能量传输及反馈信号采集的装置和方法。
背景技术
旋转超声加工技术是在传统游离磨料超声加工技术的基础上，复合以旋转运动从而实现材料去除的一种加工方法。旋转超声加工在玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工过程中，可以有效减小切削力，提高材料去除率，降低刀具磨损，尤其对于难加工材料具有良好的加工效果。
旋转超声加工方法主要有：旋转超声铣削、旋转超声磨削、旋转超声钻削等方法。这些加工方法的实现都离不开旋转超声加工***。一个完整的旋转超声加工***通常由超声电源、超声能量传输装置和旋转超声刀柄构成。超声电源包括信号发生模块、反馈信号处理模块。旋转超声刀柄包括标准锥柄部分、换能器、变幅杆和加工刀具。加工过程中，旋转超声刀柄随机床主轴高速旋转，超声能量传输装置将超声电源产生的超声能量传递给旋转超声刀柄。旋转超声刀柄中的换能器接收超声能量并转换为高频振动，通过变幅杆的放大作用带动刀具实现旋转超声加工。
超声能量传输及谐振状态检测是旋转超声加工***的核心。在加工过程中，为了获得良好的加工质量，需要***实时可靠地对反馈信号进行检测和谐振状态跟踪。在超声辅助加工过程中，加工刀具的磨损、加工负载和***温度的变化，均会影响振动***的振动状态，会使振动***偏离谐振点；在失谐状态下振动***的性能无法发挥，进而严重影响工件的加工质量及刀具的使用寿命。所以需要有实时可靠的超声加工能量传输和反馈信号采集装置和方法，检测和调整振动***的谐振工作状态，有利于提高加工质量；同时在加工过程中出现异常状况比如力过大、刀具损坏等情况都可被检测***检测，保证加工的稳定性和可靠性。
传统的超声能量传输主要采用碳刷和导电滑环相接触的方式进行电能传输，由于采用接触导电的方式，没有中间电能传输环节，这种电能传输方法在工作过程中，超声电源可以直接实时地对电路中的反馈信号进行处理和谐振状态跟踪，但是接触式超声能量传输方式，旋转超声加工过程中，超声刀柄高速旋转，容易产生打火和积碳现象，碳刷磨损严重且使用寿命短，安全性低。
为实现超声能量在高速旋转加工状态下向超声刀柄的可靠传递，避免接触式传输带来的积碳打火等现象，在旋转超声加工技术领域常采用非接触式超声能量传输方法进行电能传输。非接触式电能传输方式扩宽了旋转超声加工的应用范围。
非接触式超声能量传输方法根据超声加工***安装尺寸的限制和要求，分为半环非接触式超声能量传输和全环非接触式超声能量传输，由于为了避免机床换刀机械手位置的干涉，二者分别适用于自动换刀功能的机床和不带自动换刀功能的机床。
现有技术中，无论是对于半环还是全环非接触式超声能量传输，虽然能解决了传统接触式电能传输的安全性和可靠性问题，但是由于增加了非接触电能传输单元，无法对于超声振动***的谐振状态进行直接可靠检测，只能通过检测超声电能传输信号的变化对超声振动***的谐振状态进行判断，这种检测方法是一种简单的被动检测：因为能量传输信号用于超声能量传输的同时，也用于振动***的反馈信号检测，能量传输信号与反馈检测信号往往相互干扰，***的稳定性不高，振动***的反馈信号不能真实反应出谐振状态，谐振状态跟踪缓慢。
另外现有技术也采用测量其他物理量的方法，对于振动***的谐振状态进行检测。专利CN206643191U《基于实时反馈的旋转超声复合渐进成形装置》提出一种在变幅杆上粘贴作为力传感器的应变片的检测方法：应变片与信号采集发射模块相连接，信号采集发射模块与信息处理显示装置连接的方法进行对谐振状态检测。专利CN204912007U《具有定量振幅反馈***的超声波换能器》提出一种在换能器上嵌入振幅检测器的方法，振幅检测器包括通过导线依次连接的电压发生片、整理电路、加速度传感器、储存电路和无线发射电路，用加速度传感器测量振幅，无线传输振幅和频率信号。上述两种方法均采用独立的检测***对谐振状态进行检测，但增加了振动***的整体尺寸、增加了研制成本，同时检测装置的引入以及不同物理量间的转换带来的不确定度都无法实现在实际加工过程中准确的信号检测。
针对旋转超声加工过程中出现的问题，提出了一种非接触式超声旋转加工能量传输及反馈信号采集的装置和方法，在固定端设计有两组线圈，采用电磁感应原理，一组用于振动***的能量传输，一组用于信号进行反馈从而实现对谐振状态的检测。采用非接触的电能传输方式首先避免了碳刷和导电滑环接触导电传输的缺点，***的安全性、使用寿命较高；其次将能量传输信号与反馈检测信号分离，超声电源输出的电能全部用于能量传输且不受反馈检测信号的干扰，提高了能量传输的功率及稳定性；反馈检测信号与能量传输信号独立且信号间互不干扰，可实现对振动***的信号进行准确采集，反映振动***的工作状态，实现超声加工过程中谐振状态的实时反馈及快速响应失谐状态下的谐振跟踪。
发明内容
为了解决现在技术中存在的问题，本发明设计了一种可靠性高、能量传输效率高、反馈信号干扰小、谐振状态跟踪速度迅速的一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置和方法。本发明采用的技术手段如下：
一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方；
所述旋转端包括旋转端磁芯和环形旋转端线圈，所述旋转端磁芯为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯为共有的罐型磁芯或为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯或分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯或分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯为共有的罐型磁芯，其内壁和外壁为同轴的两个圆柱面。
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯或分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯，适用于需要自动换刀的加工场合，且其内壁和外壁所在的圆柱面同轴。
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯，即在一个完整的罐型磁芯的外壁开设有两个用于线圈绕过的槽，形成弧形磁芯，适用于手动换刀的加工场合。
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯和所述超声能量传输单元线圈、所述超声反馈信号采集单元线圈构成传输端和反馈端。
所述传输端用来把超声电源的输出传输到所述旋转端；
所述反馈端用来反馈检测所述旋转端的电信号便于谐振状态跟踪。
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈为绕制在罐型磁芯(构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯的共有的罐型磁芯或分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯中的罐型磁芯)环槽内的环形线圈或经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上的腰形线圈；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯下端敞开；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯与所述旋转端磁芯同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈之间设有减少信号间的相互干扰的电磁隔离板。
所述电磁隔离板可选用铝质材料或其他电磁隔离材料，使得所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈分别进行信号能量传输与超声反馈信号采集的过程中互不干扰。
构成所述固定端构成超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯，两个所述弧形磁芯同轴且水平周向布置，两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于等于360°；
分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的匝数相同；
若两个所述弧形磁芯的圆心角之和等于360°，两个所述弧形磁芯相对布置，分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的相对端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm；
若两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于360°，两个所述弧形磁芯相邻布置，分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的相邻端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈周向布置时，利用电磁耦合的电磁感应原理，所述超声能量传输单元线圈与与其相对应的磁芯构成传输端用于将超声电源的能量传输到所述旋转端进行超声加工，所述超声反馈信号采集单元线圈与与其相对应的磁芯构成传输端用于检测所述旋转端的反馈信号传递给超声电源进行谐振状态实时监控和谐振状态跟踪。
构成所述固定端构成超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯为共有的罐型磁芯或为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形罐型磁芯；所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向设置且匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈相邻的端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
构成所述固定端构成超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯，所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向设置，一个位于所述罐型磁芯的环槽槽底，一个经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上，所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈相邻的端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向布置时，利用电磁耦合的电磁感应原理，所述超声能量传输单元线圈与与其相对应的磁芯构成传输端用于将超声电源的能量传输到所述旋转端进行超声加工，所述超声反馈信号采集单元线圈与与其相对应的磁芯构成传输端用于检测所述旋转端的反馈信号传递给超声电源进行谐振状态实时监控和谐振状态跟踪。
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向设置适用于轴向环槽不受限的场合。
所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套。
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯的外壁设有固定端磁芯外套。
本发明还公开了一种根据上述所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置进行非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的方法，具有如下步骤：
超声电源上电初始化，并将频率和功率输出经过逆变模块逆变成高频交流电，经由所述超声能量传输单元把能量传输至所述环形旋转端线圈，从而激励振动***进行高频超声振动加工；
所述超声反馈信号采集单元与超声能量传输单元信号隔离，并对所述振动***的电信号(电流或电压等信号)进行采集；由于超声能量传输和反馈信号采集的结构不同，其表现出的电学性能也不同，为了将不同大小的信号进行提取和处理方便，准确有效地进行频率跟踪，令所述旋转端磁芯与固定端反馈信号采集单元磁芯的有效截面积比为n，将所述反馈信号放大n倍，再把放大后的信号传输到信号滤波模块进行信号的处理，并最终将处理后的信号交给超声电源MCU进行响应处理，进而调整超声电源的频率输出进行谐振状态的实时跟踪。
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈周向布置时，所述传输端与所述反馈端各有一个磁芯(两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于等于360°)，当所述超声反馈信号采集单元线圈的截面积有限时，所述超声反馈信号采集单元线圈采集到的超声反馈信号较为弱，无法直接采用，为了进行不同大小的信号的提取和处理方便并进行准确有效地频率跟踪，根据不同的超声能量传输和反馈信号采集的结构，采用信号多倍放大的方法，令所述旋转端磁芯与固定端反馈信号采集单元磁芯的有效截面积比为n，将所述反馈信号放大n倍，再把放大后的信号传输到信号滤波模块进行信号的处理，并最终将处理后的信号交给超声电源MCU进行响应处理，进而调整超声电源的频率输出进行谐振状态的实时跟踪；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向布置时，所述传输端与所述反馈端共有一个所述磁芯(圆心角小于360°)令所述旋转端磁芯与固定端反馈信号采集单元磁芯的有效截面积比为n，将所述反馈信号放大n倍，并传输到超声电源内部的信号滤波模块进行信号的进一步滤波，最后交给超声电源MCU进行响应处理，进而调整超声电源的频率输出进行谐振状态的实时跟踪。
与现有技术相比，本发明采用非接触式的方式进行能量传输与反馈检测信号采集，提高了***的安全性与使用寿命，不附加其他检测装置如应变片、位移传感器的等，减小了超声刀柄的体积，把能量传输信号与超声反馈采集信号分离开，对旋转端电信号进行采集，可提高能量传输的功率及稳定性，实时反馈超声加工过程中谐振状态及快速响应失谐状态下的谐振跟踪。
基于上述理由本发明可在旋转超声加工技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置与旋转超声刀柄和超声加工工具的装配示意图。
图2是本发明的实施例1中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置的剖视图。
图3是本发明的实施例2中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置与旋转超声刀柄和超声加工工具的装配示意图。
图4是本发明的实施例2中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置示意图。
图5是本发明的实施例3中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置与旋转超声刀柄和超声加工工具的装配示意图。
图6是本发明的实施例3中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置示意图。
图7是本发明的实施例4中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置与旋转超声刀柄和超声加工工具的装配示意图。
图8是本发明的实施例4中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置示意图。
图9是本发明的实施例5中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置示意图。
图10是本发明的实施例5中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置的剖视图。
图11是本发明的实施例6中非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方；
所述旋转端包括旋转端磁芯1和环形旋转端线圈2，所述旋转端磁芯1为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈2；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈3；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈4；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5为共有的罐型磁芯；所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4为绕制在罐型磁芯环槽内的环形线圈；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5下端敞开；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5与所述旋转端磁芯1同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4轴向设置且匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4相邻的端面之间设有电磁隔离板6，且与所述电磁隔离板6的间隙大于1mm。
所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套7；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5的外壁设有固定端磁芯外套8。
实施例2
如图3和图4所示，一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方；
所述旋转端包括旋转端磁芯1和环形旋转端线圈2，所述旋转端磁芯1为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈2；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈3；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈4；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯；所述弧形磁芯的圆心角小于360°，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4为经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上的腰形线圈；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5下端敞开；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5与所述旋转端磁芯1同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4轴向设置且匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4相邻的端面之间设有电磁隔离板6，且与所述电磁隔离板6的间隙大于1mm。
所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套7；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5的外壁设有固定端磁芯外套8。
实施例3
如图5和图6所示，一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方。
所述旋转端包括旋转端磁芯1和环形旋转端线圈2，所述旋转端磁芯1为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈2；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈3；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈4；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5为分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯；两个所述弧形磁芯的圆心角之和等于360°，两个所述弧形磁芯同轴且水平周向相对布置，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4为经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上的腰形线圈，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4的匝数相同，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4的相对端面之间设有电磁隔离板6，且与所述电磁隔离板6的间隙大于1mm；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5下端敞开；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5与所述旋转端磁芯1同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套7；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5的外壁设有固定端磁芯外套8。
实施例4
如图7和图8所示，一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方；
所述旋转端包括旋转端磁芯1和环形旋转端线圈2，所述旋转端磁芯1为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈2；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈3；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈4；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5为分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯；两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于360°，两个所述弧形磁芯同轴且水平周向相邻布置，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4为经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上的腰形线圈，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4的匝数相同，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4的相邻端面之间设有电磁隔离板6，且与所述电磁隔离板6的间隙大于1mm；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5下端敞开；构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5与所述旋转端磁芯1同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套7；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5的外壁设有固定端磁芯外套8。
实施例5
如图9和图10所示，一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方。
所述旋转端包括旋转端磁芯1和环形旋转端线圈2，所述旋转端磁芯1为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈2；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈3；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈4；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯；所述弧形磁芯的圆心角为小于360°，构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5下端敞开，构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯5与所述旋转端磁芯同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4轴向设置，所述超声能量传输单元线圈3位于所述罐型磁芯的环槽槽底，所述超声反馈信号采集单元线圈4经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上，所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4的匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈3和所述超声反馈信号采集单元线圈4相邻的端面之间设有电磁隔离板6，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
实施例6
如图11所示，一种根据实施例1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置进行非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的方法，具有如下步骤：
超声电源上电初始化，并将频率和功率输出经过逆变模块逆变成高频交流电，经由所述超声能量传输单元把能量传输至所述环形旋转端线圈，从而激励振动***进行高频超声振动加工；
所述超声反馈信号采集单元与超声能量传输单元信号隔离，并对所述振动***的电信号(电流或电压等信号)进行采集；由于超声能量传输和反馈信号采集的结构不同，其表现出的电学性能也不同，为了将不同大小的信号进行提取和处理方便，准确有效地进行频率跟踪，令所述旋转端磁芯与固定端反馈信号采集单元磁芯的有效截面积比为n，将所述反馈信号放大n倍，再把放大后的信号传输到信号滤波模块进行信号的处理，并最终将处理后的信号交给超声电源MCU进行响应处理，进而调整超声电源的频率输出进行谐振状态的实时跟踪。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，包括固定端和旋转端，所述固定端和所述旋转端同轴设置且所述固定端位于所述旋转端的上方，其特征在于，
所述旋转端包括旋转端磁芯和环形旋转端线圈，所述旋转端磁芯为罐型磁芯且上端敞开，包括旋转端磁芯底面以及位于所述旋转端磁芯底面上且同轴的旋转端磁芯内壁和旋转端磁芯外壁，所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁之间的环槽设有所述环形旋转端线圈；
所述固定端包括超声能量传输单元和超声反馈信号采集单元；
所述超声能量传输单元包括超声能量传输单元磁路和超声能量传输单元线圈；
所述超声反馈信号采集单元包括超声反馈信号采集单元磁路和超声反馈信号采集单元线圈；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯为共有的罐型磁芯或为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯或分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯或分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈为绕制在罐型磁芯环槽内的环形线圈或经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上的腰形线圈；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯下端敞开；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯与所述旋转端磁芯同轴轴向布置，且二者的磁芯端面间的轴向间隙大于0且小于等于2mm；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈之间设有减少信号间的相互干扰的电磁隔离板。
2.根据权利要求1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，其特征在于，构成所述固定端超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯分别为从罐型磁芯上截取得到的部分弧形磁芯，两个所述弧形磁芯同轴且水平周向布置，两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于等于360°；
分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的匝数相同；
若两个所述弧形磁芯的圆心角之和等于360°，两个所述弧形磁芯相对布置，分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的相对端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm；
若两个所述弧形磁芯的圆心角之和小于360°，两个所述弧形磁芯相邻布置，分别位于两个所述弧形磁芯中的所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的相邻端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
3.根据权利要求1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，其特征在于，构成所述固定端构成超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯为共有的罐型磁芯或为共有的从罐型磁芯上截取得到的部分弧形罐型磁芯；所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向设置且匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈相邻的端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
4.根据权利要求1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，其特征在于，构成所述固定端构成超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元的磁路的磁芯分别为罐型磁芯和该罐型磁芯上的一部分弧形磁芯，所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈轴向设置，一个位于所述罐型磁芯的环槽槽底，一个经由所述弧形磁芯的内沟槽绕制在其磁芯外壁上，所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈的匝数相同；
所述超声能量传输单元线圈和所述超声反馈信号采集单元线圈相邻的端面之间设有所述电磁隔离板，且与所述电磁隔离板的间隙大于1mm。
5.根据权利要求1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置，其特征在于，所述旋转端磁芯底面、所述旋转端磁芯内壁和所述旋转端磁芯外壁的外侧设有旋转端磁芯外套；
构成所述超声能量传输单元磁路和所述超声反馈信号采集单元磁路的磁芯的外壁设有固定端磁芯外套。
6.一种根据权利要求1所述的非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的装置进行非接触式旋转超声加工能量传输及反馈信号采集的方法，其特征在于具有如下步骤：
超声电源上电初始化，并将频率和功率输出经过逆变模块逆变成高频交流电，经由所述超声能量传输单元把能量传输至所述环形旋转端线圈，从而激励振动***进行高频超声振动加工；
所述超声反馈信号采集单元与超声能量传输单元信号隔离，并对所述振动***的电信号进行采集；由于超声能量传输和反馈信号采集的结构不同，其表现出的电学性能也不同，为了将不同大小的信号进行提取和处理方便，准确有效地进行频率跟踪，将所述反馈信号放大，再把放大后的信号传输到信号滤波模块进行信号的处理，并最终将处理后的信号交给超声电源MCU进行响应处理，进而调整超声电源的频率输出进行谐振状态的实时跟踪。
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