JPS62501873A - 音波装置制御用の装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 音波装置１；１ｊ御用の装置面および方法技術分野 本発明は、一般的には音波装置からワークピースに向けて、制御可能な形態でパ ワーを伝速するだめの装置および方法に関するものである。さらに詳しくは、本 発明は、音波装置を用いてワークピースの品質試験を行うための装置および方法 に関するものである。

背景技術 音波装置δ（本明細書においてはオーディオスペクトラムの超音波領域で作動す る装置も含むものとして使用している。）は、今に溶接’ｌｚ’＋ξの分野にお いて使用されている。例を挙げると、１９７１年４月６日にＳ　ｈ　ｏ　ｈに発 行された米国特許第３．５７３．７８１号の明細セＦに開示された装置において は、パワーが音波発生器に供給されて高周波数の音波エネルギに変換され、加工 を施されているワークピースに供給されるようになっている。熱可塑性材料に代 表されるこのワークピースに供給されたエネルギによって、ワークピースが部分 的に加熱されて溶接がおこなわれる。

かかる装置と成る程度同様な構成の装置を、各種のワークピースにおける材料の 一体性および材料組成の均一性の試験を行うために使用することができる。例え ば、自動クラッチアセンブリに用いる摩擦板は、焼結ブロンズから成っている場 合が多い。この歴擦板から望ましい摩耗特性を得るためには、そのブロンズ材料 を予め設定した仕様に合致させなければならない。従来においては、このような 材料の特性を信頼性のある一貫した方法で試験することは困難であった。このよ うな材料の試験を、ワークピースを予め定められた期間の間音波エネルギ源に曝 すことによって行うことが提案されている。ずなわぢ、吸収されるエネルギによ って、ワークピースの一部分に浸食を発生させる。この浸食の程度は、ワークピ ースの物理的特性に対応している。ワークピースの浸食領域あるいは浸食部分は 、その後、許容できるワークピースサンプルおよび許容不可なワークピースサン プルの双方から得た既知の浸食パターンと比較することによって評価される。同 様な試験手順を、エンジンのベアリングのような他の各種の材料に対して行うよ うにも′６成することが可能である。

しかし残念なことに、上述した試験方法には、いくつかの問題や欠点がある。ワ ークピースに与える音波パワーの口は、一つの一試験工程から次の試験工程に渡 って一定の値に保持されるように、慎重に制御する必要がある。溶接および材料 試験に用いる場合においては、パワーの典型的な制御は、消費されるパワーの量 を監視しながら音波発生器に供給される電圧を制御することによって行われる。

しかしながら、電圧の変化は、それに応答して、発生器によって発生される音山 信号の振幅に変化を来たす。またワークピースに与えられる音波パワーの効果も 、電圧の変化に対応して変化してしまう。したがって、音波発生器に供給される 電圧は一定の値に保持されなければならない。

さらに、音波発生器の効率は、多数の要因によって変動するものである。例えば 、音波発生器の内部における機械部分の結合は、電力の一部が音誓エネルギに変 換されずにその発生器の内部において無駄に消費される原因となる。このように 消費されてしまう電力の蛍は、使用する発生器、その発生器に対する保守作業の 良否およびその頻度、設置場所の状況、その他各種の要因によって変化する。こ のように消費されるエネルギは、いずれも材料試験のイボ頼姓あるいは他の例で は溶接の程度に影Ｖを及ぼす。したがって、そのような無駄に消費される電力を ５１１区さなければならない。

上記の米国特許第３．５７３．７８１号公報においては、溶接の用途に限って、 溶接するワークピースに対して設定した伍以下の音響エネルギが供給されると、 欠点のある溶接が行われてしまうことが認識されている。したがって、この公報 の特許においては、音波発生器によって消費される電力を測定し、この測定した 電力を溶接工程の間集積して、全溶接時間において消費される全エネルギの毒が 、予め設定した最小値に達しない場合には、警報を発するようにしている。しか し、この特許においては、プロセスに対する制御はなされておらず、また、溶接 装置において供給される全電力量以外の問題を取り扱っていない。

材料試験における別の問題は、必要とされる浸食領域の解析が主観的であるとい うことである。許容材料と欠陥材料の両極値は試験工程に通じた者には明らかで あるが、その極値の間にある材料の評価は究めて困難であり、信頼性もない。し たがって、材料の試験結果を解読する客観的な方法が望ましい。

本発明の目的は、」二連した一つ以上の問題点を解決することにある。

発明の開示 本発明の第１の形態においては、装置からワークピースに対してパワーを制御可 能に伝達する装置は、電力を音波発生器手段に供給するための電力供給手段を備 えている。音波発生器手段は、電力供給手段に応答してワークピースに対して制 御可能に音波パワーを供給する。また装置には、音波発生器によって消費される 電力量を検出するとともに、この検出された電力量に対応した値を有する実際電 力信号を発生ずるための手段が備わっている。装置のモータ手段は、モータ信号 の入力に応答して、ワークピースに対して音波発生器を制御可能に移動する。ま た装置には、制御された値を有する目標パワーレベル信号を発生する設定可能手 段が備わっている。さらに、制御手段が備わっており、この制御手段は、目標電 力信号の値と実際電力信号の値きを比較し、予め設定したトラッキング期間の間 、比較した電力信号の値に応じて、モータ手段に対してモータ制御信号を供給し 、上記のトラッキング期間の終了に応答して、モータ手段に対するモータ制御信 号の出力を阻止する。

本発明の第２の形態において、ワークピースを試験するための方法は、音波発生 器手段に対して、電力源からほぼ一定の電圧値を有する電流を供給する工程を備 えている。音波振動は、電流の入力に応答して、予め設定された周波数および振 幅で発生ずる。

音波発生器によって消費される電力の検出が行われ、この検出された電力が予め 定めた好ましい電力レベルに実質的に等しくならないときには、予め定めた期間 に渡って、音波発生器はワークピースに対して移動される。ワークピースに対す る音波発生器の移動は、設定期間の終了によって止められ、この音波発生器手段 によって消費された電力量はほぼ連続的に表示される。

本発明によれば、ワークピースに供給される音波パワー二の制御が正面に行われ 、またパワー供給電圧の上下によって生ずる変動を伴うことなく、信頼性があり 、しかも繰り返し可能な品質試験結果が得られる。ワークピースに供給されるパ ワーは、音波発生器手段によって無駄に消費される電力から全く独立している。

さらに、試験結果の主観的な解析は排除されて、それが客観的な基準によって行 われる。

図面の簡単な説明 本発明を充分に理解するためには添付図面を参照すればよい。

これらの添付図面において、 第１図は、本発明の一実施例のブロック図である。

第２図、第３図および第４図は、それぞれ第１図に示す本発明の実施例の各部分 のブロック図である。

第５図は、第１図の実施例から得られたデータのグラフである。

また、 第６図は、第２図、第３図及び第４図に示すブロック図の説明に用いる（ゴ号の タイミング図である。

発明を実施するだめの最良の形態 市ず、第１図においては、本発明の特徴の一部分を具体化した詳細な説明は現在 のところ分がっている装置１ｏの最も良い実施例についてのものである。しかる に、当業者には明らかなように、添付した請求の範囲を外れることなく、装置１ ｏを他の多数の実施形態とすることが可能である。

装置１０は、ブロンズ製の摩擦板、その他の試験材料等であるワークピース１２ と共に示しである。このワークピース１２は、オイルを充填したタンク１３内に おいて完全にオイル中に漬けた状態で保持することが望ましい。

音波パワー供給手段１４は、音波発生器手段１６に対して電気パワーを供給する 。この音波発生器手段１６は、例えば、ＢｒａｎｓｏｎＳｏｎｉｃ　Ｐａｗｃｒ 社（コネチカット州　ダンベリ　マイリイ・プルツク・ロード）製のモデル番号 １８４ｖとして市場で入手できるものである。このような音波装置は、電力源か らの電力を音波エネルギである振動に変換するために、圧電部材を利用している のが典型例である。音波発生器手段１６の下方端は、タンク１３内のオイルによ って、音波発生器手段１６が発生ずる音波エネルギがワークピース１２に対して 音響学的に結合されるように、ワークピース１２に対して位置決めされている。

手段１８は、音波発生器手段１６によって消費される電力量を検出して、この検 出された電力に対応する値を有する実際電力信号を発生する。手段１８は、ワッ トメータ２ｏを有しており、このメータは音波パワー供給手段１４と音波発生器 手段１６との間に配置されている。このワットメータ２０は信号状態」１１１″ ！ｌ器２２に接続されている。この信号状態ユ１１整器２２に対しては、キャリ ブレーション信号発生器２４も（２続されている。

モータ手段２６は、モータ制御信号を受け取ると、音波発生器手段１６をワーク ピース１２に対して制御可能に移動させる。このモータ手６段２６は、音波発生 器手段１６に接続されたモータ２８を備えている。このモータ２８には、ドライ バ３ｏおよびモータ電力源３２が取り付けられている。好適な実施例においては このモータ２８はステッピングモータであり、そこに付設されたドライバは、こ のステッピングモータのトランスレイク回路である。これらのステッングモータ およびドライバは、例えば、そレソレモｙ’　ルｍ　号カ！４０６１−Ｆ　Ｄ− ６００２オヨＵ　ＳＴ！ｉｔ　１０１　（！：　シテ、コネ−７−カット州ブリ ストルに在る５ｕｐｅｒｉｏｒ　（ｉｌｅｃｔｒｉｃ社製造のものとすることが できる。

設定可能手段は、制御された値を有する目標電力信号を発生ずるためのものであ り、制御手段３６に接続されている。このｉｌｒ！Ｉ御手段３６は、目標電力信 号と実際電力信号上を比較して、予め設定したトラッキング期間の間、比較した 電力信号の値に応じて、モータ手段２６に対してモータ制御信号を供給する。さ らに、上記のトラッキング期間の終了に応答して、モータ手段２６に対するモー タ制御信号の出力を阻止する。１：制御手段３６は、比較器３８を有し、この比 較器は信号状態調整器２２および調整手段３４の双方に接続されている。また、 この比較器３８は、パルス？１．す御回路４０およびパルス・イネーブル回路４ ２の双方に対しても接続されている。スタート・スイッチ４４は、このパルス・ イネーブル回ｌｉ′＆４２に接続されており、一方パルス・イネーブル回路４２ はパルス制御回路４０に接続されている。このパルス制御回路４０に対しては、 速度発生器回路４６も接続されている。パルス制御回路４０の出力端子は、ステ ッピング・モータ・ドライバ３０に接続されている。

表示手段４８は、表示器ドライバ５０とデジタル表示器５２とを備えている。こ の表示器ドライバ５０は、信号状態調整器２２および設定可能手段３４に接続さ れている。制御用電力供給源５４は、上述した各種の素子に対する汎用回路電力 を供給するだめのものである。制御電力源５４は、正側の＋■端子および負側の 接地端子を備えている。

次に、第２図、第３図および第４図を参照するに、これらの図においては、第１ 図にブロックの形態で示す各要素の回路図が示しである。第２図からε＊明する と、ワットメータ２０からの電力信号は、セレクタスイッチ５６における一組の 「電力人力」端子に供給される。このワットメータ２０は、（第１図に示すよう に）音波パワー源１４と音波発生器手段１６との間に接続されているので、スイ ッチ５６に供給される電力信号は、音波発生器手段１６によって消費される全電 力を表している。電力入力水；子に供給される電力信号は、Ｏないし１０００ワ ツトの音波発生器手段１６の電力消費に応答して、例えば０ミリボルトから１０ ミリボルトまで変動する。

上記セレクタスイッチ５６の他方の組の端子は、キャリブレーション信号発生器 ２４および大地に接続されている。キャリブレーションしんおぐ発生器２４は、 従来慣用の設計仕様の定電圧源であるのが好ましく、この発生器２４はセレクタ スイッチ５６に対して信号を発生する。この信号は、キャリブレーション・ポテ ンシオメータ５８の調整に応答する予め設定された安定した値を有している。キ ャリブレーション信号発生器によって供給される出力電圧は、例えば２．５　ミ ＩＪボルトに固定される。

」二記のセレクタスイッチ５６の各ボールに取り付けたワイパは第１の演算増幅 器６０の各入力端子に接続されている。零、’Ｊ、！Ｉ整ポテンシオメータ６２ およびスパン調整ポテンシオメータ６４は、それぞれ第１の演寡増幅器６０に接 続されている。第１の演算増幅器６０の入カク１１：子に接続されたコンデンサ および抵抗からなるネットワーク６６によって、受動ローパスフィルタが形成さ れ、セレクタスイッチ５６からの信号はこのフィルタを通って流れる。

第１の演算増幅２″：ｉ６０からの出力信号は、電圧フォロワとして接続された バッファ増幅器６８を介して流れる。この増幅器６８の出力端はアナログ出力端 子７０に接続されている。従って、セレクタスイッチ５６によって選択された信 号は、第１の演算増幅６０およびそれに付随した回路によって、その状態が調節 され、その後に実際電力信号としてアナログ出力端子７０に供給される。

上述した第１の演算増幅器６０、バッファ増幅器６８およびそれらに付随する各 部は、信号状態刊、１１節器２２に含まれるものである。

上記のアナログ出力端子７０は、一方においてキャリブレーションスイッチ７２ を介して表示手段４８の表示駆動回路５０に接続されている。この表示ドライバ ５０には、電圧フォロワとじて接続された演算増幅器が配列されており、この増 幅器の出力端はデジタル表示器５２に接続されている。デジタル表示器５２は、 例えば従来型の３数字、７セグメンｌ−Ｌ　Ｅ　Ｄ表示形式の電圧計モジュール である。

次に、第３図を参照すると、アナログ出力端子７０は、比較器３８の一方の入力 端子に接続されている。この比較器３８は、２１′５２および第３の演算増幅器 ７４．７６を有していることが好ましい。第２および第３の増幅器７４．７６に おける他方の入力端子は、パワーセレクト・ポテンシオメータ７３に接続されて いる。

このパワーセレクト・ポテンシオメータ７３は、設定可能手段３４の一部分を形 成しており、ここから、比較器３８に対して調整された値を有する目標電力信号 が供給さ゛れる。また、この目標信号は、キャリブレーションスイッチ７２に供 給される。

第２および第３の演算増幅器７４．７６の出力端子は、オープンコレクタ形式の ものが好ましく、これらは、プルアップ抵抗器７８．８０が接続されていると共 に、パルス制御回路４０に接続されている。このパルス制御回路４０は、例えば 、インダストリアル・タイプ・ナンバが４０６６であるクワッド・パイラテラル 型のスイッチである。

このパルス制御回路４０に対しては、速度発生器４６も接続されている。この速 度発生器４６は、非安定マルチバイブレーク８２を有していることが好ましく、 このマルチバイブレークとしては、例えばインダストリアル・スタンダード・タ イプ４０４７がある。非安定マルチバイブレータ８２によって発生した出力信号 は、このパイブレークに接続された速度ポテンシオメータ８４によって決定され た周波数を有する矩形波形信号である。この矩形波形信号は、駆動トランジスタ ８６を介してパルスｆｌｊｌ制御回路４０に接続されている。

上記のパルス制御回路４０の出力端子８８．９０は、モータドライバ３０の各入 力端子に接続されており、またモーフ方向制御スイッチ９２の各端子に接続され ている。このモータドライバ３０に対しては、手動式のモータ速度１１１１整用 ポテンシオメータ９４も接続されている。モータドライバ３０は、モータ電力供 給源３２と同様に、ステッピングモータ２８に接続されている。

次に、第４図を参照して、パルス・イネーブル回路４２を説明する。スタートス イッチ４４は、第１の単安定マルチバイブレーク９８の第１の入力端子９６に接 続されている。このマルチバイブレークは例えばインダスト・スタンダード・タ イプ４０４７である。このマルチバイブレーク９８の第２の入力端子１０２には 第１のＲ／Ｃ時間遅延回路１００が接続されている。この第１のＲ／Ｃ時間遅延 回路１００は、例えば１０秒の時定数を有している。第１の単安定マルチバイブ レータ９８の第３の入力端子１０８には、第２のＲ／Ｃ時間遅延回路１０４が接 続されており、この第２の時間遅延回路はトラッキングタイム・ポテンシオメー タ１０６を有している。一方、第１の単安定マルチバイブレータ９８の第１の出 力端子１１０は、抵抗器１１２を介して、第４の演算増幅器１１６の第１の入力 端子１１４に接続されている。

第１の単安定マルチバイブレーク９８の第２の出力端子１１８は、第２の単安定 マルチバイブレーク１２０に接続されている。

この第２の単安定マルチバイブレーク１２０は、第１の単安定マルチバイブレー タ９８と同様であり、それと同一の形式のものである。第２の単安定マルチバイ ブレーク１２０の入力端子は、それぞれ第３および第４のＲ／Ｃ時間遅延回路１ ２２．１２４を介して、十■に接続されている。それぞれのＲ／Ｃ時間遅延回路 １２２．１２４は、例えば１０秒の時定数を有している。第２の単安定マルチバ イブレーク１２０の第３および第４の入力端子１２６．１２８は、第３図に示す 第２および第３の演算増幅器７４．７６のそれぞれの一つに接続されている。

第２の単安定マルチバイブレータ１２０の第１および第２の出力端子１３０．１ ３２は、それぞれの抵抗器１３４．１３６を介して、′！５４の演算増幅器１１ ６の入力端子１１４に接続されている。第４の演算増幅器１１６のゲート出力端 子１３８は、第３図にも示すように、パルス制御回路４０に接続されている。

ここに述べた形式の工業用標べζ部品に対して共通に取り付けられている、電力 供給用の接続、減結合用コンテンツ、不使用の端子接続、および上記以外の部品 および接続については、本発明の明は化を図るために、図面からは省略しである 。しかし、当業者にとっては、このような部品および接続は良く知っており、ま たそれらの情報は、そのような部品についてのテキストおよび製造業者のデータ シートから容易に入手することができる。また、上述の説明において、各種の部 品について示した比率、値および製造業者は、単に例示のためを目的としている に過ぎない。」二連した回路および実施例の他の例、および異なるｊ１′、７成 あるいは比率における電気部品の使用法は、当業者にとっては明確である。この ような変更は、添付した請求の範囲を逸脱することな〈実施する装置１０の動作 を、ワークピース、例えばブロンズ摩擦板を試験する装置を制御可能に動作させ るために、この装置１０を用いた場合について述べる。まず、ワークピースとし ての摩擦板１２を、オイルを充満したタンク１３内に入れて、ワークピースの表 面が予め定めた厚さのオイルによって覆われるような状態に吊るす。モータ方向 制御スイッチ９２によって、音波発生器手段１６をワークピース１２の上方に持 ち上げて、タンク内のオイルと接触しないようにする。このモータ方向制御スイ ッチ９２がモータ２８を作動する速度は、モータドライバ３０と手動モータ速度 調整用ポテンシオメータ９４によって決定できる。

表示装置としてはチャートレコーダが好ましく、この表示装置はアナログ出力端 子７０に接続されている。電力は、制御用電力源から装置１０に供給される。音 波発生器手段１６は、ワークピース１２から離れる方向に１０秒間の間自動的に 駆動される。この駆動速度は、速度発生器４６によって制御される。速度発生器 ４６は、装置１０が作動していることを表示すると共に、速度ポテンシオメータ ８４の調整の視覚的な表示を行う。かかる表示動作がどのように行われるのかを 、以下に説明する。

セレクタスイッチ５６が「零」位置に設定されると、零調整ポテンシオメータ６ ２は、デジタル表示器５２が零の読みとなるように調整される。この時、チャー トレコーダの零調整も行われる。

次に、セレクタスイッチ５６が「キャリプレート」位置に設定されていると、２ ．５ミリポル１−の信号が、キャリブレーション信号発生器２４から信号状態調 整器２２の入力端に供給される。この２．５ミリボルト信号は、信号状態調整器 ２２によって増幅されて、デジタル表示器５２上に表示される。スパン調整ポテ ンシオメータ６４は、デジタル表示器５２がｒ２５０Ｊの読みとなるように調整 される。この読みｒ２５０Ｊは電力レベル２５０ワツトに相当する。同様にして 、チャートレコーダは好適な目盛の読みに調整される。装置１０はこのようにし て、信号状態調整器２２に供給された１ミリボルト信号によって、１００ワツト の電力に対応する出ノＪ信号がアナログ出力端子７０に発生ずるように目盛付け が行われる。

音波発生器手段１６がワークピース１２から離れた位置、すなわちフリーエアに ある状態で、セレクタスイッチ５６を「ラン」位置に設定し、音波電力源１４を 付勢する。この時、音波発生器手段１６は音響的にワークピース１２に結合して いないので、この音波発生器手段の消費電力は零であることが理想である。しか し、音波発生器手段１６のも“４成およびメンテナンス、およびその他の要因に 起因した電力損失によって、所定の蚤の電力消費が生ずる。この電力を本１３１ ＋＋　ｇでは「無駄」電力と称するが、この電力量は、ワットメータ２０により 検出されて、信号状態調整器２２に供給される。この音波発生器手段によって消 費されるフ１１駄電力の量は、その消費量に応答してデジタル表示器５２上に表 示７２を押し込み、設定可能手段３４を表示手段４８に接続する。

電力セレクトポテンシオメータ７３によって選択された目標電力。

信号の値は、その選択された値に応じてデジタル表示器５２上に表示される。こ こに、実施するために、実際の電力として２５０ワッ１−を用いて材料試験を行 うことが好ましいと仮定した場合には、電力セレクトポテンシオメータ７３を、 ２５０ワツトと先に記録した無駄電力量とを加えた値を指示表示するように調整 する。

例えば、１！！（駄電力毒が５０ワットであるものと仮定した場合においては、 この電力セレクトポテンシオメータ７３を、３００ワツトと等価な値を有する目 標信号が表示されるまで調整する。

次に、音波電力源１４を消勢し、キャリプレイドスイッチ７２を開放し、さらに 、音波発生器手段１６を手動によってワークピース１２のきわめて近い位置に位 置決めする。例えば、ワークピース１２の表面から約１ミリメータの所に位置決 めする。音波電力源１４を再び付勢して、スタートスイッチ４４を押し込む。上 述のようにする代わりに、スタートスイッチ４４の接点と平行な接点を有するリ モートスタートスイッチを利用することもできる。

以下に述べる装置ＩＯの動作説明は、第５図および第６図をルｆ１繁に参照する ことにより、充分に理解することができる。第５図は、アナログ出力端子７０に 発生ずる信号を時間との関係で示している。この信号は、チャートレコーダ上に 記録された表示と類似している。第６図は信号タイミング図であり、装置１０内 の各種の信号の論理レベルの状態を、時間との関係で示している。

第１および第２の単安定マルチバイブレーク９８．１２０は、スタートスイッチ ４４からの「低」論理信号によって、付勢される。「低」論理のトラッキング・ タイム・インターバル信号は、第１の単安定マルチバイブレーク９８の第２の出 力端子１１８に発生し、この信号によって、第２の単安定マルチバイブレーク１ ２０がリセットされ、この第２の単安定マルチバイブレーク１２０の第１および 第２の出力端子１３０．１３２に、「高」論理の方向制御ラッチ信号が発生ずる 。これらの信号の状態は、トラッキング・タイム・インターバル信号の持続時間 の間はそのままに保持される。この持続時間は、トラッキング・タイム・ポテン シオメータ１０６を調整することによって設定されるものである。第６図の例に おいては、このトラッキング・タイム・インターバルは２秒に設定されている。

スタートスイッチ４４から「低」論理信号を受け取るのと同時に、第１のＲ／Ｃ 遅延回路１００によって設定された継続時間を有する「高」論理のノイズラッチ 信号が、第１の単安定マルチバイブレーク９８の第１の出力端子１１０に発生す る。第６図においては、この継続時間は１０秒であることが好ましい。

上記の方向１．ｌ制御ラッチ信号およびノイズラッチ信号のそれぞれは、各抵抗 器１１２．１３４．１３６を介して、第４の演算増幅器１１６の第１の入力端子 １１４に供給される。これらの抵抗器１１２．１３４．１３６の値を選択するこ とによって、第４の演算増幅器１１６は「ΔＮＤＪ論理ゲートとして機能し、ゲ ート出力端子１３８に「高」論理のアップ／ダウン・イネーブル信号・３・発生 ずる。この信号は、対応する「高」論理状態の信号を受信したときにのみ発生ず る。これとは逆に、受信信号のいずれかが、「低」論理状態になった時には、ゲ ート出力☆ニジ１子１３８に発生ずるアップ／ダウン・イネーブル信号は、「低 」論理レベルに切り替わる。このアップ／ダウン・イネーブル信号は、パルス制 御回路４０に供給される。

制御手段３６の比較器３８は、信号状態調節器２２からの実際電力信号および設 定可能手段３４からの目標電力信号を受取り、この目標電力信号が実際電力信号 よりも大きい値を有しているときには、第１のモータ制御信号を発生する。これ に対して、目標電力信号が実際電力信号よりも小ざな値を有しているときには、 第２のモータ制御信号を発生する。音波電力源１４は、はぼ一定電圧の電力を音 波発生器手段１６に対して供給するので、ワークピース１２に供給される音波パ ワーは、音波発生器手段１６とワークピース１２との間の距離に対応している。

スタートスイッチ４４を押し込んだときに、比較器３８に供給される実際電力信 号が、設定可能手段４４から供給された目標電力信号よりも小さい場合には、比 較器３８は第１のモータ制御信号を発生する。この信号は、モータ手段２６を駆 動して、音波発生器手段１６をワークピース１２に対して更に接近させるために 必要である。これは、第３の演算増幅器７６の出力端子に発生した「高」論理の ダウン制御イネーブル信号として、第６図に示しである。これとは逆に、スター トスイッチ４４を押し込んだときに、比較器３８に供給された実際電力信号が、 設定可能手段３４から供給された目標電力信号よりも大きいと仮定した場合には 、比較器３８は第２のモータ制御信号を発生ずる。この信号は、モータ手段２６ を駆動して、音波発生器手段１６をワークピース１２に対して遠ざけるために必 要である。これは、第２の演算増幅器７４の出力端子に発生した「高」論理のア ップ制御イネーブル信号として、第６図に示しである。

比較器３８からの第１および第２のモータ制御信号、パルスイネーブル回路４２ からのアップ／ダウンイネーブル信号、並びに速度発生器４６からのモータ速度 制御信号を受け取ると、それに応答して、パルス制御回路４０は、モータ制御信 号をモータ駆動回路３０に送り、この信号に応答して、モータ２８は音波発生器 手段１６をワークピース１２に対して移動する。

音波発生器手段１６がワークピース１２に接近するにつれて、音Ｖ結合の程度が 増加し、音波発生器手段１６の消費電力の総量も同様に増加する。実際電力信号 と目標電力信号とがほぼ等しくなると、制御手段３６によって、音波発生器手段 １６はワークピース１２の「トラッキング」を開始する。換言すると、ワークピ ース１２が音波パワーを印加されることによって、浸食し始めると、音波発生器 手段１６はワークピース１２からの結合距離を、目標とする電力消費量が鎮火に 得られる状態に保持する。このことは、第６図において、第２および第３の作動 増幅器７４．７６の出力端子に発生したアップ、ダウン制御信号のトゲリングに よって示しである。また、第５図のグラフにおいても、表示曲線の初期の２秒間 に表されている。トラッキング・モードの継続時間は、トラッキング・タイム・ インターバル信号の継続によって制御される。この信号は、上述したように、ト ラッキング・タイム・ボデンシオメータ１０６を調整することによて制御される 。

トラッキング・タイム・インターバルが終了した後、第１のｊ：１゜安定マルチ バイブレータ９８の第２の出力端子１１８に発生しているトラッキング・タイム ・インターバル信号は、再び「高」論理レベルとなる。第２の単安定マルチバイ ブレータ１２０の第３およぶ第４の入力端子に入力するアップあるいはダウン制 御イネーブル信号の次の変化に応答して、アップ右よびダウン方向制御ラッチ信 号は、各Ｌ’Ｃ時間遅延回路１２２．１２４によって決定された期間の間、「低 」論理状態になる。また、ゲート出力端子１３８に発生しているアップ／ダウン イネーブル信号は、「低」論理状態になる。「低」論理状態にアップ／ダウンイ ネーブル信号がなると、パルス制御回路４０は比較器３８からモータ手段２６へ のモータ制御信号の供給を阻止する。

ここで、万一定められたトラッキング・タイム・インターバルのあいだに、目標 電力口が得られない場合には、アップおよびダウン制御イネーブル信号によって は、アップおよびダウン制御ラッチ信号が「低」論理レベルにされない。これに 応答して、アップ／ダウンイネーブル信号は、「高」論理レベルに保持される。

この結果、装置１０は、ノイズラッチ・イネーブル信号が「低」論理レベルに移 行するまで、音波発生器手段１６をワークピース１２へ向けて移動させる動作を 自動的に継続する。その後、音波発生器手段１６がワークピース１２に対して相 対的に近い位置において、試験が再び開始される。

トラッキングモードが実行されて、このトラッキング・タイム・インターバルが 終了した場合には、音波発生器手段１６からワークピース１２に供給される音波 パワーにより、継続してワークピース１２の表面の浸食が行なわれる。しかし、 音波発生器手段１６がそれ以上ワークピース１２に接近することのないように、 モータ手段２６はその駆動が阻止される。この結果、音波発生：（：：手段１６ とワークピース１２とのあいだの音響結合の程度が小さくなり、音波発生器手段 によって消費される電力量も同様に減少する。このことは、第５図において、初 期の２秒間に続いて、アナログ出力端子７０からチャートレコーダに供給される 実際電力信号が、時間の経過とともに減少していくことから直ちに分かる。

実際電力の城少毒の絶対値およびこの電力の減少を示す曲線の勾配は、ワークピ ース１２の材料における浸食の速度に対応している。従って、実際の電力消費量 の減少速度は、ワークピース１２、の材料の浸食速度に逆比例する。第６図に示 す二つの曲線は、許容可能な材料組成および許容不可な材料組成を表している。

ワークピース材料の許容可能な品質を表す電力曲線群を、実験によって一旦決定 すれば、ワークピース浸食の程度を主観的に解析することが、材料の試験結果を 解読するにあたり必要ではなくなる。装置１０は制御性が良いので、不慣れな操 作者であってもばらつきのない客観的な試験結果を信頼性良く簡単に得ることが できる。

当業者ならば、本発明の制御手段３６を、上述したディスクリートな部品の代わ りに、データ・プロセッサーを利用して実施できることが理解できるであろう。

このようなデータ・プロセッサーは、適切なソフトウェアによってプログラムさ れ、信号同士の比較およびモータ制御といった上述と同一の仕事を実行すること ができる。さらに、より完全に自動化されたシステムが必要な場合には、データ ・プロセッサーを用いて、予め設定した実際電力の曲線群にしたがって、発生デ ータの解析を行わせ、評価すべき各種にワークピースの相対的な品質を自動的に 決定することができる。このようなデータ・プロセッサーに基づくシステムは、 添付した請求の範囲内に含まれるものである。しかしながら、先に述べた装置で あてっも、先に述べた材料試験に付随した問題の解決に充分に応えたものである と鋪信する。

上記以外の本発明の範囲、目的、利点および使用法は、図面、明細古の開示、添 付した請求の範囲を考察することによって理解することができる。

Ｆｔａ、６ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．装置からワークピース（１２）に向けて制御可能にパワーを供給するための 装置（１０）であって、電力を供給する電力供給手段（１４）と、前記電力供給 手段（１４）に応答して、前記ワークピース（１２）に対して、制御可能に音波 パワーを供給する音波発生器手段（１６）と、 前記音波発生器手段（１６）の消費電力量を検出し、この検出した電力量に対応 した値を有する実際電力信号を発生する手段（１８）と、 モータ制御信号を受け取ると、前記ワークピース（１２）に対して前記音波発生 器手段（１６）を制御可能に移動させるモータ手段（２６）と、 調整された値を有する目標電力信号を発生する設定可能手段（３４）と、 前記目標電力および実際電力信号の値を比較し、予め設定したトラッキング時間 の間、前記比較した電力信号の値に応じて、前記モータ手段（２６）に対してモ ータ制御信号を供給し、前記トラッキング時間が終了すると、前記モータ手段（ ２６）に対するモータ制御信号の供給を止める制御手段（３６）とを備えた装置 （１０）。 ２．請求の範囲第１項に記載の装置（１０）において、前記制御手段（３６）は 、前記目標電力信号が前記実際電力信号の値よりも大きいときには、第１のモー タ制御信号を発生し、前記目標電力信号が前記実際電力信号の値よりも小さいと きには第２のモータ電力信号を発生することを特徴とする装置（１０）。 ３．請求の範囲第１項に記載の装置（１０）において、前記電力手段（１４）は 、ほぼ一定電圧の電力を供給し、前記ワークピース（１２）に供給される音波パ ワーの量は、前記音波発生器手段（１６）と前記ワークピース（１２）との距離 に対応していることを特徴とする装置（１０）。 ４．請求の範囲第１項に記載の装置（１０）において、前記音波発生器手段（１ ６）のフリーエアー電力レベルを表示する手段（４８）を有し、前記目標電力信 号の値は、表示された前記フリーエアー電力レベルの量にほぼ等しい量だけオフ セットされていることを特徴とする装置（１０）。 ５．請求の範囲第４項に記載の装置（１０）において、前記表示手段（４８）は 、前記目標電力レベルおよび前記実際電力レベルの少なくとも一方を交互に表示 するようになっていることを特徴とする装置（１０）。 ６．ほぼ一定電圧の電力を供給する電力供給手段（１４）と、前記電力供給手段 （１４）に応答して、前記ワークピース（１２）に対して、制御可能に音波パワ ーを供給すると共に、前記ワークピース（１２）と音響的に結合された音波発生 器手段（１６）と、 前記音波発生器手段（１６）の消費電力量を検出し、この検出した電力量に対応 した値を有する実際電力信号を発生する手段（１８）と、 モータ制御信号を受け取ると、前記ワークピース（１２）に対して前記音波発生 器手段（１６）を制御可能に移動させるモータ手段（２６）と、 調整された値を有する目標電力信号を発生する設定可能手段（３４）と、 予め定めた時間の間、トラッキング・インタール・タイム信号を制御可能に発生 する手段（４２）と、前記目標電力信号、前記実際電力信号および前記トラッキ ング・タイム・インターバル信号を受取り、前記目標電力および実際電力信号の 値を比較し、前記目標電力信号の値が前記実際電力信号の値よりも大きく、しか も前記トラッキング・タイム・インターバル信号を受け取ったことに応答して、 第１のモータ制御信号を供給し、前記目標電力信号の値が前記実際電力信号の値 より小さく、しかも前記トラッキング・タイム・インターバル信号を受け取った ことに応答して、第２のモータ制御信号を供給し、前記トラッキング・タイム・ インターバル信号の受取りが行われなくなったこのに応答して、前記第１および 第２のモータ制御信号の供給を止める制御手段（３６）とを備えたワークピース （１２）の試験を行うための装置（１０）。 ７．（Ａ）ほぼ一定した電圧値を有する電流を、電力手段（１４）から音波発生 器手段（１６）に供給する工程と、（Ｂ）前記電流を受取り、予め設定した周波 数および振幅を有する音波振動を発生する工程と、 （Ｃ）前記音波発生器手段（１６）によって消費される電力量を検出する工程と 、 （Ｄ）前記検出された電力がらかじめ設定した目標電力レベルに等しくならない ときに、予め設定した時間の間、前記音波発生器手段（１６）を前記ワークピー ス８１２）に対して移動させる工程と、 （Ｅ）前記予め設定した時間が終了すると、前記ワークピース（１２）に対する 前記音波発生器手段（１６）の移動を止める工程と、 （Ｆ）前記予め設定した期間の間に、前記音波発生器手段（１６）によって消費 された電力量をほぼ連続して表示する工程を有するワークピース（１２）を試験 するための方法。