大尺寸三维超声振动系统的智能优化设计

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体结构的配置参数人为地实现对大尺寸三维超声振动系统性能的调控.但过多的设计参数必然会增加系统设计的复杂度,且目前大尺寸三维超声换能器系统的优化设计依赖于经验试错法,设计效率和成功率较低,性能也无法保证.研究引入同质位错、点缺陷结构对大尺寸三维超声振动系统进行优化设计,并利用数据分析技术评价了同质位错、点缺陷结构的配置对系统辐射面的纵向位移振幅、振幅分布均匀度、辐射声功率、工作带宽等的影响规律,建立了同质位错结构、近周期缺陷结构的结构参数——大尺寸超声换能器系统性能的预测模型,实现了对大尺寸功率超声换能器系统的智能设计,提高了设计效率和成功率,降低了设计成本.

主轴微细超声振动系统的微振幅测量

在微细超声加工与微细超声振动辅助加工中,微振幅是关键的加工参数,直接影响到加工精度与加工效率。对于只有几μm甚至更小的振幅,很难用传统的振幅测量方法测量出来。针对主轴微细超声振动系统输出的微振幅,提出了一种新的微振幅在线测量方法。利用精密微三维运动平台的高分辨率,将平台A轴的运动与微细工具所受实时力结合起来,使其形成闭环运动控制系统。通过设定相同的接触力,计算有超声与无超声作用于微细工具A轴坐标值的变化,即可获得微细工具的振幅值。应用这一新的振幅测量方法,成功地测量出精确到0.1μm的振幅值。