УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОЛЕБАНИЯ В ИНСТРУМЕНТЕ И ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЯ

1. Устройство для генерирования ультразвукового колебания инструмента (90) для ультразвуковой обработки заготовки со снятием материала и для измерения параметров ультразвукового колебания инструмента (90), содержащее
инструментодержатель (10) для размещения инструмента (90),
ультразвуковой преобразователь (20) в инструментодержателе (10) для создания ультразвукового колебания инструмента (90),
сенсорное устройство (40) в инструментодержателе (10) для генерирования сигнала датчика на основе ультразвукового колебания инструмента (90), и
устройство (110) оценки сигнала датчика для оценки сигнала датчика,
причем сенсорное устройство (40) содержит цельный элемент (41) из пьезоэлектрического материала и множество электродных сегментов (42a) для детектирования доли ультразвуковых составляющих колебания в осевом направлении инструмента (90), а также доли изгибной составляющей ультразвукового колебания инструмента (90).
2. Устройство по п. 1, причем
сенсорное устройство (40) выполнено в виде пьезоэлектрического сенсорного элемента, и
сигнал датчика представляет собой электрическое напряжение, создаваемое ультразвуковым колебанием инструмента (90).
3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, причем
инструментодержатель (10) установлен с возможностью вращения, и
это устройство содержит соединенный с сенсорным устройством (40) передающий элемент (60) в инструментодержателе (10) и установленный на расстоянии от передающего элемента (60) принимающий элемент (80) для бесконтактной передачи сигнала датчика от передающего элемента (60) на принимающий элемент (80).
4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, причем
сенсорное устройство (40) содержит изоляционный элемент (43) для электрической изоляции от ультразвукового преобразователя (20), и
это устройство содержит энергопередающее устройство (30) для передачи энергии в инструментодержатель (10) для энергоснабжения ультразвукового преобразователя (20), причем это энергопередающее устройство (30) электрически изолировано от передающего элемента (60) и от принимающего элемента (80).
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, причем
сенсорное устройство (40) расположено относительно ультразвукового преобразователя (20) в инструментодержателе (10) таким образом, что генерирование ультразвукового колебания инструмента (90) происходит посредством ультразвукового преобразователя (20), а детектирование ультразвукового колебания инструмента (90) происходит посредством сенсорного устройства (40) по существу в одном и том же направлении.
6. Устройство по любому из пп. 4 и 5, причем
ультразвуковой преобразователь (20) имеет слоистую конструкцию из нескольких первых пьезоэлементов (21), а
сенсорное устройство (40) имеет слоистую конструкцию из одного второго пьезоэлемента (41, 42; 41, 42a) и множества изоляционных элементов (43), причем
ультразвуковой преобразователь (20) и сенсорное устройство (40) механически связаны друг с другом.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, причем на инструментодержателе (10) по периметру установлены несколько передающих элементов (60), соединенных с сенсорным устройством (40).
8. Устройство по любому из пп. 3-7, причем передающий элемент (60) и принимающий элемент (80) выполнены с возможностью индукционной передачи сигнала датчика с передающего элемента (60) на принимающий элемент (80).
9. Устройство по любому из пп. 3-8, причем
передающий элемент (60) с принимающим элементом (80) образует первый трансформатор (61, 62, 81, 82), причем
передающий элемент (60) содержит первый ферритовый сердечник (61) и первичную обмотку (62) первого трансформатора (61, 62, 81, 82), а принимающий элемент (80) содержит второй ферритовый сердечник (81) и вторичную обмотку (82) первого трансформатора (61, 62, 81, 82), и
энергопередающее устройство (30) выполнено как второй трансформатор (31-34) с первичной обмоткой (32) второго трансформатора (31-34) и вторичной обмоткой (34) второго трансформатора (31-34), причем
первый трансформатор (61, 62, 81, 82) и второй трансформатор (31-34) расположены таким образом, что передача сигнала датчика с первичной обмотки (62) первого трансформатора (61, 62, 81, 82) на вторичную обмотку (82) первого трансформатора (61, 62, 81, 82) происходит в направлении, по существу перпендикулярном направлению передачи энергии для энергоснабжения ультразвукового преобразователя (20) с первичной обмотки (32) второго трансформатора (31-34) на вторичную обмотку (34) второго трансформатора (31-34).
10. Устройство по любому из пп. 3-7, причем
передающий элемент (60) и принимающий элемент (80) выполнены с возможностью оптической передачи сигнала датчика с передающего элемента (60) на принимающий элемент (80).
11. Устройство по любому из пп. 3-10, причем
передающий элемент (60) расположен в отверстии (70) на внешней стороне инструментодержателя (10).
12. Устройство по любому из пп. 9-11, содержащее
компенсационную схему для компенсации потока реактивной мощности между генератором (120) и инструментодержателем (10).
13. Станок для обработки заготовки со снятием материала, содержащий
устройство по любому из пп. 3-12 и
корпус (100), в котором расположены как фиксированная по месту часть энергопередающего устройства (30), содержащая первичную обмотку (32) второго трансформатора (31-34) и первый чашевидный сердечник (31) второго трансформатора (31-34), так и принимающий элемент (80).
14. Способ измерения параметров ультразвукового колебания инструмента (90) для ультразвуковой обработки заготовки со снятием материала, включающий в себя следующие этапы:
сообщение установленному в инструментодержателе (10) инструменту (90) ультразвукового колебания;
генерирование сигнала датчика на основании ультразвукового колебания инструмента (90) посредством сенсорного устройства (40) в инструментодержателе (10);
направление сигнала датчика с сенсорного устройства (40) на связанный с этим сенсорным устройством (40) передающий элемент (60) в инструментодержателе (10);
передача сигнала датчика с передающего элемента (60) на принимающий элемент (80), находящийся на расстоянии от передающего элемента (60);
направление сигнала датчика с принимающего элемента (80) на устройство (110) оценки сигнала датчика;
оценивание сигнала датчика в устройстве (110) оценки сигнала датчика для определения параметров ультразвукового колебания инструмента (90),
причем сенсорное устройство (40) содержит цельный элемент (41) из пьезоэлектрического материала и множество электродных сегментов (42a) для детектирования доли ультразвуковых составляющих колебания в осевом направлении инструмента (90), а также доли изгибной составляющей ультразвукового колебания инструмента (90).
15. Способ по п. 14, при котором
сигнал датчика представляет собой электрическое напряжение, создаваемое ультразвуковым колебанием инструмента (90).
16. Способ по п. 14 или 15, при котором
при оценке сигнала датчика частоту ультразвукового колебания инструмента (90) определяют по частоте сигнала датчика, и/или амплитуду ультразвукового колебания инструмента (90) определяют по амплитуде сигнала датчика.