Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання

З метою покращення якості зварних з’єднань запропоновано використання дилатометричного ефекту для керування процесом контактного точкового зварювання, а саме переміщенням зварювальних електродів. Для його відстеження запропоновано застосування сучасних інерціальних MEMS-давачів. Розроблено експериме...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Бондаренко, О.Ф., Дубко, А.Г., Сидорець, В.М., Бондаренко, Ю.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2017
Назва видання:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:	Электронные средства: исследования, разработки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130109
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання / О.Ф. Бондаренко, А.Г. Дубко, В.М. Сидорець, Ю.В. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130109
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1301092018-02-07T03:02:37Z Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання Бондаренко, О.Ф. Дубко, А.Г. Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Электронные средства: исследования, разработки З метою покращення якості зварних з’єднань запропоновано використання дилатометричного ефекту для керування процесом контактного точкового зварювання, а саме переміщенням зварювальних електродів. Для його відстеження запропоновано застосування сучасних інерціальних MEMS-давачів. Розроблено експериментальну вимірювальну систему, яка обробляє сигнал MEMS-давачів і робить його придатним для використання як сигналу зворотного зв’язку. Проведено оцінку можливостей вимірювання мікропереміщень електродів, що спостерігаються в результаті дилатометричного ефекту при контактному зварюванні, за допомогою MEMS-давачів. Запропоновано використання цього способу і устаткування для зварювання як металів, так і живих м’яких тканин. Результати попередніх досліджень свідчать, що запропоновані рішення є доцільними і перспективними С целью улучшения качества сварных соединений предложено использовать дилатометрический эффект для управления процессом контактной точечной сварки, а именно перемещением сварочных электродов. Для его отслеживания предлагается применять современные инерциальные MEMS-датчики. Разработана экспериментальная измерительная система, которая обрабатывает сигнал MEMS-датчиков и делает его пригодным для использования в качестве сигнала обратной связи. Проведена оценка возможностей измерения микроперемещений электродов, наблюдаемых в результате дилатометрического эффекта при контактной сварке, с помощью MEMS-датчиков. Предложено использовать данный способ и оборудование как для сваривания металлов, так и живых мягких тканей. Результаты предварительных исследований показали, что предложенные решения являются целесообразными и перспективными. The important issue of resistance spot welding control to obtain high quality welded joints, especially in living tissue welding, is considered. The actual state of the issue is described and analyzed. In order to improve the quality of welded joints, the applying of dilatometric effect to control the resistance spot welding process, namely of shifting the welding electrodes, is suggested. To register the shifting, the use of modern inertial microelectromechanical sensors (MEMS) is proposed. The experimental measuring system, which processes the MEMS-sensor signal and makes it suitable for use as a feedback signal, is developed. The structure and operational algorithm of the system are described. The abilities of measuring with MEMS-sensors the values of electrode shifting caused by dilatometric effect under resistance welding are assessed. These method and equipment are recommended for welding the metals, as well as for welding the living tissues. The results of preliminary studies prove the advisability and relevance of the suggested solutions. 2017 Article Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання / О.Ф. Бондаренко, А.Г. Дубко, В.М. Сидорець, Ю.В. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.6.14 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130109 621.791.76/.79: 621.791.03 uk Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки
spellingShingle	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Бондаренко, О.Ф. Дубко, А.Г. Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	З метою покращення якості зварних з’єднань запропоновано використання дилатометричного ефекту для керування процесом контактного точкового зварювання, а саме переміщенням зварювальних електродів. Для його відстеження запропоновано застосування сучасних інерціальних MEMS-давачів. Розроблено експериментальну вимірювальну систему, яка обробляє сигнал MEMS-давачів і робить його придатним для використання як сигналу зворотного зв’язку. Проведено оцінку можливостей вимірювання мікропереміщень електродів, що спостерігаються в результаті дилатометричного ефекту при контактному зварюванні, за допомогою MEMS-давачів. Запропоновано використання цього способу і устаткування для зварювання як металів, так і живих м’яких тканин. Результати попередніх досліджень свідчать, що запропоновані рішення є доцільними і перспективними
format	Article
author	Бондаренко, О.Ф. Дубко, А.Г. Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В.
author_facet	Бондаренко, О.Ф. Дубко, А.Г. Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В.
author_sort	Бондаренко, О.Ф.
title	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
title_short	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
title_full	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
title_fullStr	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
title_full_unstemmed	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
title_sort	застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Электронные средства: исследования, разработки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130109
citation_txt	Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання / О.Ф. Бондаренко, А.Г. Дубко, В.М. Сидорець, Ю.В. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT bondarenkoof zastosuvannâdilatometričnogoefektudlâavtomatizacííkontaktnogozvarûvannâ AT dubkoag zastosuvannâdilatometričnogoefektudlâavtomatizacííkontaktnogozvarûvannâ AT sidorecʹvm zastosuvannâdilatometričnogoefektudlâavtomatizacííkontaktnogozvarûvannâ AT bondarenkoûv zastosuvannâdilatometričnogoefektudlâavtomatizacííkontaktnogozvarûvannâ
first_indexed	2025-07-09T12:52:43Z
last_indexed	2025-07-09T12:52:43Z
_version_	1837173903099691008
fulltext	Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 14 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 621.791.76/.79: 621.791.03 К. т. н. О. Ф. БОНДАРЕНКО1, к. т. н. А. Г. ДУБКО1, 2, д. т. н. В. М. СИДОРЕЦЬ2, к. т. н. Ю. В. БОНДАРЕНКО1 Óêðаїíа, м. Êиїв, 1Націîíаëьíиé òåõíічíиé óíівåðñиòåò Óêðаїíи «Êиївñьêиé ïîëіòåõíічíиé іíñòиòóò імåíі Іãîðÿ Сіêîðñьêîãî»; 2Іíñòиòóò åëåêòðîзваðюваííÿ ім. Є. О. Паòîíа НАНÓ E-mail: bondarenkoaf@gmail.com, andreyies17@gmail.com, sydorvn@gmail.com, bondarenko.julie@gmail.com ЗАСÒОСÓВАННЯ ÄИЛАÒОМЕÒРИЧНОГО ЕФЕÊÒÓ ÄЛЯ АВÒОМАÒИЗАЦІЇ ÊОНÒАÊÒНОГО ЗВАРЮВАННЯ Êîíòаêòíå òîчêîвå зваðюваííÿ зíаéшëî ши- ðîêå заñòîñóваííÿ в åëåêòðîííіé ïðîмиñëîвîñòі òа ïðиëадîбóдóваííі. Іñíóє ðÿд виïадêів, êîëи ïåðåваãи òîчêîвîãî зваðюваííÿ íåзаïåðåчíі в ïîðівíÿííі з ïаÿííÿм. Цå, íаñамïåðåд, åêñòðåмаëьíі óмîви åêñïëóаòації åëåêòðîííиõ виðîбів, íаïðиêëад виñîêиé ðівåíь ðадіації абî діÿ êîðîòêîчаñíиõ òåïëîвиõ òа ñвіòëîвиõ імïóëьñів. Очåвидíî, щî відïîвідаëьíі зваðíі з’єдíаííÿ ïîвиííі маòи ïîêðащåíі ïîêазíиêи ÿêîñòі, ÿêі мîжóòь бóòи дîñÿãíóòі чåðåз заñòî- ñóваííÿ авòîмаòичíîãî êåðóваííÿ зваðюваëь- íим ïðîцåñîм. На ñьîãîдíі відîмî баãаòî ñïîñîбів авòî- маòичíîãî êåðóваííÿ, щî виêîðиñòîвóюòьñÿ в êîíòаêòíîмó зваðюваííі, ñåðåд ÿêиõ, в ïåð- шó чåðãó, відзíачимî êåðóваííÿ зваðюваëьíим ñòðóмîм [1, 2]. Фîðмóваííÿ ïåðåдíьîãî фðîí- òó зваðюваëьíîãî імïóëьñó ñòðóмó забåзïåчóє бåздåфåêòíіñòь зваðíîãî з’єдíаííÿ, òðиваëіñòь амïëіòóдíîãî зíачåííÿ імïóëьñó ñòðóмó визíачає éîãî íåîбõідíі ðîзміðи, а фîðма ñïадó імïóëьñó визíачає òåðмічíиé циêë, щî є важëивим дëÿ îòðимаííÿ íåîбõідíîї міêðîñòðóêòóðи мåòа- ëó зваðíîї òîчêи òа зîíи òåðмічíîãî вïëивó [2]. Зíачíиé вïëив íа ÿêіñòь з’єдíаííÿ має òаêîж зóñиëëÿ, щî ïðиêëадаєòьñÿ дî зваðю- ваëьíиõ åëåêòðîдів і виêëиêає їõ ïåðåміщåííÿ З метою покращення якості зварних з’єднань запропоновано використання дилатометричного ефек- ту для керування процесом контактного точкового зварювання, а саме переміщенням зварюваль- них електродів. Для його відстеження запропоновано застосування сучасних інерціальних MEMS- давачів. Розроблено експериментальну вимірювальну систему, яка обробляє сигнал MEMS-давачів і робить його придатним для використання як сигналу зворотного зв’язку. Проведено оцінку можливо- стей вимірювання мікропереміщень електродів, що спостерігаються в результаті дилатометрично- го ефекту при контактному зварюванні, за допомогою MEMS-давачів. Запропоновано використання цього способу і устаткування для зварювання як металів, так і живих м’яких тканин. Результати попередніх досліджень свідчать, що запропоновані рішення є доцільними і перспективними. Ключові слова: контактне зварювання, теплове розширення матеріалу, дилатометричний ефект, керування, якість зварювання, живі тканини. [1—3]. Êåðóваííÿ цим ïåðåміщåííÿм ñïіëьíî з êåðóваííÿм ñòðóмîм відêðиває íîві ïåðñïåê- òиви ïîëіïшåííÿ ÿêîñòі з’єдíаíь. Пðи цьîмó заëишаєòьñÿ відêðиòим і аêòóаëьíим ïиòаííÿ ðåєñòðації òаêиõ ïåðåміщåíь з мåòîю задіÿííÿ відïîвідíиõ ñиãíаëів ó êîëаõ звîðîòíîãî зв’ÿзêó. Вåëиêиé дîñвід Іíñòиòóòó åëåêòðîзваðюваí- íÿ ім. Є. О. Паòîíа з êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ мåòаëів ñïðиÿв ðîзðîбці òåõíîëîãії з’єдíаííÿ зваðюваííÿм м’ÿêиõ живиõ òêаíиí, ÿêа ñьîãîдíі зíаéшëа шиðîêå заñòîñóваííÿ в ðізíиõ îбëаñòÿõ õіðóðãії: заãаëьíіé òа абдîміíаëьíіé õіðóðãії, êî- ëîïðîêòîëîãії, ïëаñòичíіé і êîñмåòичíіé õіðóðãії, ãіíåêîëîãії, мамîëîãії, óðîëîãії, õіðóðãії òðавм, ñóдиííіé õіðóðãії, îíêîëîãії, îòîðиíîëаðиíãîëîãії, îфòаëьмîëîãії [4—9]. В îñíîві òåõíîëîãії зваðю- ваííÿ òêаíиí ëåжаòь фізичíі ÿвища, ïîдібíі дî òиõ, íа ÿêиõ ґðóíòóєòьñÿ êîíòаêòíå зваðюваííÿ мåòаëів îïîðîм, òîмó òаêа òåõíîëîãіÿ íå вимаãає дîдаòêîвиõ виòðаòíиõ маòåðіаëів (íиòîê, мåòа- ëåвиõ ñêîб, êëåю) [10, 11]. Пðîцåñ зваðюваí- íÿ м’ÿêиõ живиõ òêаíиí заõищåíî ïаòåíòами Óêðаїíи [12—14] òа заêîðдîííими ïаòåíòами [15—17]. На рис. 1 ïðåдñòавëåíа ñõåма êîíòаêò- íîãî зваðюваííÿ аðòåðії. Між åëåêòðîда- ми 1 заòиñêаєòьñÿ аðòåðіÿ 2. Äî åëåêòðîдів ïðиêëадаєòьñÿ зóñиëëÿ ñòиñíåííÿ Fc òа íаïðó- ãа виñîêîї чаñòîòи ~U. В ðåзóëьòаòі óòвîðюєòьñÿ òаê зваíа êîëаãåíîва êëіïñа. Оñíîвíó ðîëь в òа- êîмó з’єдíаííі відіãðає взаємîдіÿ êîëаãåíîвиõ ñòðóêòóð [18]. DOI: 10.15222/TKEA2017.6.14 Роботу виконано за підтримки Міністерства освіти і науки України (ДБ № 0116U006924). Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 15 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 На рис. 2 ïîêазаíі біïîëÿðíі åëåêòðîõіðóðãічíі заòиñêачі дëÿ зваðюваííÿ ñóдиí. Вðаõîвóючи важëивіñòь ñфåðи заñòîñóваí- íÿ òåõíîëîãії, щî ðîзãëÿдаєòьñÿ, зíачíа óва- ãа має бóòи ïðидіëåíа ÿêîñòі îòðимóваíиõ в ðåзóëьòаòі зваðюваííÿ з’єдíаíь живиõ òêаíиí. Відзíачимî òаêîж, щî виñîêі ïîêазíиêи міцíîñòі з’єдíаíь в даíîмó виïадêó íå ãаðаíòóюòь ÿêіñòь. Мîëåêóëи біëêó, щî êîаãóëююòь, íå маюòь вòðа- чаòи здаòíîñòі дî ðåãåíåðації òа відíîвëåííÿ в ïіñëÿîïåðаціéíиé ïåðіîд. Òîмó дóжå аêòóаëь- íîю є задача åфåêòивíîãî êîíòðîëю ïðîцåñó фîðмóваííÿ з’єдíаíь бåзïîñåðåдíьî в õîді ïðî- вåдåííÿ îïåðації. Äëÿ îðãаíізації òаêîãî êîíòðîëю мîжå бó òи виêîðиñòаíиé диëаòîмåòðичíиé åфåêò (збіëьшåííÿ ëіíіéíиõ ðîзміðів і îб’ємó маòåðіаëó ïðи íаãðіваííі ïід чаñ зваðюваííÿ), щî дî- звîëиòь зíизиòи вïëив ëюдñьêîãî фаêòîðó, а îòжå, ïідвищиòи ÿêіñòь ïðîвåдåííÿ õіðóðãічíиõ îïåðаціé òа зíизиòи òðиваëіñòь ïіñëÿîïåðаціéíîї ðåабіëіòації ïацієíòів. Пðаêòичíа ðåаëізаціÿ ідåї виêîðиñòаí- íÿ диëаòîмåòðичíîãî åфåêòó дëÿ êåðóваí- íÿ зваðюваííÿм м’ÿêиõ живиõ òêаíиí мîжå базóваòиñь íа îðãаíізації замêíåíîї ñиñòå- ми авòîмаòичíîãî êåðóваííÿ за òаêим ïаðамå- òðîм ÿê міêðîïåðåміщåííÿ ðóõîмîãî åëåêòðî- да в ðåзóëьòаòі зміíи ðîзміðів мåòаëåвиõ дå- òаëåé абî біîëîãічíиõ òêаíиí в ïðîцåñі зва- ðюваííÿ. В цьîмó êîíòåêñòі ñòає аêòóаëь- íîю ïðîбëåма виміðюваííÿ міêðîïåðåміщåíь з виñîêîю òîчíіñòю і за дóжå маëі ïðîміжêи чаñó. Пåðñïåêòивíим дëÿ виðішåííÿ цієї за- да чі видаєòьñÿ заñòîñóваííÿ ñóчаñíиõ міêðî- åëåêòðîмåõаíічíиõ давачів (MEMS), щî маюòь виñîêó òîчíіñòь òа швидêîдію. Мåòîю даíîї ðîбîòи є îціíêа мîжëивî- ñòåé виміðюваííÿ ïåðåміщåíь зваðюваëьíиõ åëåêòðîдів, ñïðичиíåíиõ диëаòîмåòðичíим åфåêòîм, за дîïîмîãîю MEMS-давачів і виÿв- ëåííÿ ïåðñïåêòив заñòîñóваííÿ îòðимаíиõ в òа- êиé ñïîñіб ñиãíаëів ïåðåміщåííÿ дëÿ êåðóваííÿ ïðîцåñîм êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ ÿê мåòаëåвиõ виðîбів, òаê і м’ÿêиõ живиõ òêаíиí. Використання дилатометричного ефекту для керування процесом контактного зварювання Відîмî [3], щî за òåмïåðаòóðîю Т òвåðдî- ãî òіëа éîãî дîвжиíа lТ òа îб’єм VТ îбчиñëю- юòьñÿ ÿê lТ = l0(1+ al Т), (1) VТ = V0(1+βV Т), (2) дîвжиíа і îб’єм òіëа за ïîчаòêîвîї òåм- ïåðаòóðи Т0 = 0°C; òåðмічíі êîåфіцієíòи ëіíіéíîãî і îб’єм- íîãî ðîзшиðåííÿ [16]. дå l0, V0 — al, βV — В ïðîцåñі òîчêîвîãî êîíòаêòíîãî зваðюваí- íÿ ïåðåміщåííÿ åëåêòðîда відбóваєòьñÿ ïід дією зîвíішíьîї ñиëи, ÿêіé ïðîòидіє òåïëîвå ðîз- шиðåííÿ мåòаëó, щî ïîв’ÿзаíî зі зðîñòаííÿм ðîзміðів ëиòîї зîíи зваðíîãî з’єдíаííÿ [1, 3, 19]. Відíîñíа зміíа îб’ємó ïðи íаãðіваííі дåÿêиõ мåòаëів (ΔV = VT/ V0 – 1) представлена графіками íа рис. 3. Пðи êîíòаêòíîмó зваðюваííі живиõ òêаíиí ïðîòидіÿ îбóмîвëåíа зміíîю ïðóжíîñòі êîëаãåíó ïðи éîãî íаãðіваííі. Òðåба відзíачиòи, щî ïðóжíіñòь êîëаãåíó зміíюєòьñÿ, дîêи біî ëî- ãічíа òêаíиíа заëишаєòьñÿ живîю, òîбòî òаêîю, щî íå вòðаòиëа здаòíіñòь відíîвëюваòи ñвîю фóíêціîíаëьíіñòь в ïîдаëьшîмó. На рис. 4 ïîêазаíî ïåðåміщåííÿ ðóõîмîãî åëåêòðîдó від òåïëîвîãî ðîзшиðåííÿ. Пðи цьîмó зóñиëëÿ ñòиñíåííÿ Fñ вðівíîважóєòьñÿ ðåаêцією íижíьîї êîíñîëі Fð, а вíóòðішíі ñиëи Fв ïðаã- íóòь ðîзñóíóòи åëåêòðîди íа вåëичиíó Δhåë [3]. ΔV⋅100, % 16 12 8 4 0 0 500 1000 1500 T, °C Риñ. 3. Відíîñíа зміíа îб’ємó ïðи íаãðіваííі аëюміíію (1), міді (2) òа ñòаëі (3) [3] Риñ. 2. Біïîëÿðíі заòиñêачі дëÿ зваðюваííÿ ñóдиí Риñ. 1. Сõåма êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ аðòåðії: 1 — åëåêòðîди; 2 — ñòіíêи аðòåðії Fc Fc ~U 1 2 Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 16 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 В óмîваõ òîчêîвîãî зваðюваííÿ збіëьшåííÿ òîвщиíи òа îб’ємó дåòаëåé відбóваєòьñÿ ïåðåваж- íî в íаïðÿмêó вåðòиêаëьíîї îñі, îñêіëьêи ðîзши- ðåííÿ в íаïðÿмêó ãîðизîíòаëьíîї îñі ñòðимóєòьñÿ біëьш õîëîдíîю маñîю ñóñідíіõ діëÿíîê [3]. Òåïëîвå ðîзшиðåííÿ Δð мåòаëó ïðи зваðюваííі виêëиêає ïåðåміщåííÿ (ðîзñóваííÿ) åëåêòðîдів машиíи, в îñíîвíîмó — вåðõíьîãî ðóõîмî- ãî åëåêòðîдó. Одíаê виміðÿíі зíачåííÿ Δhåë зíачíî мåíші за ðîзðаõóíêîві Δð (рис. 5, а) вíаñëідîê вдавëюваííÿ åëåêòðîдів (Δв) в маòå- ðіаë, òîбòî Δhåë = Δð – Δв. (3) Вåëиêі зíачåííÿ Δhåë ðåєñòðóюòьñÿ ïðи зваðюваííі мåòаëів з вåëиêим îïîðîм дåфîðмації, ïðи виêîðиñòаííі жîðñòêиõ ðåжимів зваðюваííÿ і машиí з вåëиêîю жîðñòêіñòю íижíьîãî åëåê- òðîда òа маëими ñиëами òåðòÿ в ïðивîді ðóõî- мîãî åëåêòðîдó. Пîміòíå ïåðåміщåííÿ вåðõíьîãî åëåêòðî- да ñïîñòåðіãаєòьñÿ з мîмåíòó ðîзïëавëåí- íÿ мåòаëó (ïîÿви ÿдðа) і даëі відбóваєòьñÿ ó відïîвідíîñòі зі зміíами òåмïåðаòóðíîãî ïîëÿ і зðîñòаííÿм ðîзміðів ÿдðа. Маêñимаëьíі зíа- чåííÿ Δhåë зазвичаé відïîвідаюòь мîмåíòó ви- миêаííÿ ñòðóмó ïðи зваðюваííі óíіïîëÿðíим ñòðóмîм (ðиñ. 5, а) [3]. Зв’ÿзîê ïåðåміщåííÿ Δhåë зі зміíами òåм- ïåðаòóðíîãî ïîëÿ íаîчíî ñïîñòåðіãаєòьñÿ ïðи зваðюваííі òîíêиõ дåòаëåé машиíîю зміííîãî ñòðóмó з вåëиêими êóòами êåðóваí- íÿ òиðиñòîðів (ðиñ. 5, б), êîëи ïåðåміщåííÿ åëåêòðîда відбóваєòьñÿ ïîðивчаñòî, відïîвідíî дî імïóëьñів ñòðóмó і зміíи òåмïåðаòóðíîãî ïîëÿ. Гëибиíа ïåðåміщåíь åëåêòðîда заëåжиòь від òåïëîïðîвідíîñòі, òåðмічíиõ êîåфіцієíòів ëіíіéíîãî і îб’ємíîãî ðîзшиðåííÿ, òåïëîємíîñòі і ïðиõîваíîї òåïëîòи ïëавëåííÿ зваðюваíîãî маòåðіаëó. Пåðåміщåííÿ ðóõîмîãî åëåêòðîда вíаñëідîê диëаòîмåòðичíîãî åфåêòó є óзаãаëьíюючим ïа- ðамåòðîм, ïîв’ÿзаíим з ÿêіñòю òîчêîвîãî êîí- òаêòíîãî зваðюваííÿ мåòаëів. Між вåëичиíîю ïåðåміщåííÿ åëåêòðîдó і îб’ємîм ðîзïëавëåíî- ãî мåòаëó іñíóє ïðÿмиé взаємîзв’ÿзîê. Відîмî, щî збіëьшåííÿ ëіíіéíîãî ðîзміðó дåòаëåé ïðи зваðюваííі ñòаíîвиòь 8—10% від їõ ñóмаðíîї òîвщиíи [1, 3]. Òаêим чиíîм, ïåðåміщåííÿ åëåê- òðîдó мîжå åфåêòивíî виêîðиñòîвóваòиñь дëÿ íåðóéíівíîãî êîíòðîëю ðîзміðів ëиòîãî ÿдðа. Оðãаíізаціÿ ñиñòåми авòîмаòичíîãî êåðóваííÿ за цим ïаðамåòðîм дîзвîëиòь забåзïåчиòи зада- íó ÿêіñòь зваðюваííÿ. Рîзãëÿíåмî відîмиé ваðіаíò ïîбóдîви óñòа- íîвêи дëÿ зваðюваííÿ мåòаëів з ñиñòåмîю авòî- маòичíîãî êåðóваííÿ за ïаðамåòðîм ïåðåміщåííÿ åëåêòðîдів [1]. Вимірювання переміщення електродів за допомогою індуктивних давачів На рис. 6 ñõåмаòичíî ïîêазаíа óñòаíîвêа êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ з давачåм ïåðåміщåííÿ åëåêòðîдів. Рîзшиðåííÿ дåòаëåé виêëиêає ïåðåміщåííÿ åëåêòðîдîòðимача ðазîм з вåðõ- íьîю ðóõîмîю чаñòиíîю зваðюваëьíîї машиíи. Вåëичиíа цьîãî ïåðåміщåííÿ виміðюєòьñÿ дава- чåм, ÿêиé жîðñòêî зв’ÿзаíиé з íåðóõîмîю ча- Риñ. 4. Пåðåміщåííÿ ðóõîмîãî åëåêòðîда дî дії òå- ïëîвîãî ðîзшиðåííÿ (а) òа ïіñëÿ íåї (б) íа ïðиêëаді êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ мåòаëó [3] Риñ. 5. Хаðаêòåð òåïëîвîãî ðîзшиðåííÿ мåòаëó Δð, ïåðåміщåííÿ åëåêòðîда Δhåë і ïëаñòичíîї дåфîðма- ції (ãëибиíи вм’ÿòиíи Δв) вïðîдîвж зваðюваëьíîãî циêëó tзв імïóëьñîм ïîñòіéíîãî ñòðóмó (а) і зміííим ñòðóмîм (б) [3] Δð, Δhåë, Δв, Δi Δhåë, i Δð Δhåë Δв Δhåë i t t tзв 0 а) б) i Fc Fc Fp Fв Fв Δh åë а) б) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 17 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 Äëÿ виміðюваííÿ швидêîñòі зміíи ïåðåміщåííÿ виõідíиé ñиãíаë мîñòîвîї виміðюваëьíîї ñиñòå- ми дифåðåíціюєòьñÿ і íадñиëаєòьñÿ дî вóзëа ïîðівíÿííÿ. Яêщî ïід дією збóðåíь швидêіñòь íаãðіваííÿ виõîдиòь за вñòаíîвëåíі мåжі, ñиãíаë íåóзãîджåíîñòі зміíює вåëичиíó зваðюваëьíî- ãî ñòðóмó òаêим чиíîм, щîб змåíшåííÿ ñиãíа- ëó dh/dt відïîвідаëî збіëьшåííю ñòðóмó, і íа- вïаêи. Êîëи вåëичиíа ïåðåміщåííÿ Δhåë дîñÿãає задаíîãî зíачåííÿ, щî відïîвідає îïòимаëьíîмó ðîзміðó ÿдðа зваðíîї òîчêи, ñиñòåма авòîмаòич- íîãî êåðóваííÿ вимиêає ñòðóм [1]. Оïиñаíа ñиñòåма ïîêазаëа ñвîю åфåêòивíіñòь ïðи êîíòаêòíîмó зваðюваííі мåòаëів, ïðîòå ви- êîðиñòаííÿ òаêîãî ïідõîдó дëÿ îðãаíізації êåðó- ваííÿ ïðîцåñîм зваðюваííÿ живиõ м’ÿêиõ òêа- íиí íåмîжëивå чåðåз òаêі ïðиíциïîві ñêëадíîщі, ÿê íåдîñòаòíі òîчíіñòь òа швидêîдіÿ іíдóêòивíиõ давачів, а òаêîж íåïðиïóñòима дëÿ õіðóðãії ãðîміздêіñòь ñиñòåми íа їõ îñíîві. Вимірювання переміщення електродів за допомогою MEMS-давачів В òåïåðішíіé чаñ дëÿ ðåєñòðації ðóõó îб’єêòа вñå шиðшå виêîðиñòîвóюòь MEMS-давачі. За дîïîмîãîю MEMS-ãіðîñêîïів виміðююòь êóòîві швидêîñòі, за дîïîмîãîю MEMS-аêñåëåðîмåòðів — ïðи ñêîðåííÿ. Заãаëьíîю êîíñòðóêòивíîю îзíаêîю MEMS є виêîðиñòаííÿ в íиõ ðізíиõ за êîíфіãóðацією двîñòóïåíåвиõ ïðóжíиõ ïідвіñів чóòëивîãî åëå- мåíòа (ЧЕ). Пðиíциï ðîбîòи MEMS ïîëÿãає ó ñòвîðåííі відíîñíî êîðïóñó зíаêîзміííîãî ïîñòóïаëьíîãî абî îбåðòаëьíîãî ðóõó ЧЕ за îдíим зі ñòóïåíів ñвîбîди òа ó виміðюваííі ïåðåміщåíь за іíшим ñòóïåíåм ñвîбîди, щî виíиêаюòь ïід дією êîðіîëіñîвиõ ñиë абî ãіðîñêîïічíиõ мîмåíòів за íаÿвíîñòю ïåðåíîñíîї êóòîвîї швидêîñòі êîðïóñó. На рис. 7 цåé ïðиíциï ïîÿñíюєòьñÿ íа ïðиêëаді MEMS з двîñòóïåíåвим ïðóжíим ïідвіñîм і ïîñòóïаëьíим Риñ. 7. Пðиíциï дії MEMS-ãіðîñêîïа Риñ. 6. Óñòаíîвêа êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ з іíдóêòивíим давачåм ïåðåміщåííÿ åëåêòðîдів ñòиíîю зваðюваëьíîї машиíи. Рóõîмиé åëåмåíò давача зв’ÿзаíиé з åëåêòðîдîòðимачåм. Ó íаéïðîñòішîмó виïадêó виêîðиñòîвóюòьñÿ êîíòаêòíі åëåêòðîмåõаíічíі давачі, щî ñïðацьî- вóюòь ïðи ïåðåміщåííі åëåêòðîда íа вñòаíîвëå- íó вåëичиíó. Äëÿ ïîбóдîви ñиñòåм авòîмаòичíî- ãî êåðóваííÿ заñòîñîвóюòь іíдóêòивíі давачі, ÿêі здаòíі виміðюваòи маëі ïåðåміщåííÿ (ðиñ. 6). Іíдóêòивíиé давач (ІД) ñêëадаєòьñÿ з двîõ êîòó- шîê w1 і w2, вñòаíîвëåíиõ íа маãíіòîïðîвîдаõ, жîðñòêî ïîв’ÿзаíиõ з íåðóõîмîю чаñòиíîю зваðюваëьíîї машиíи. Êîòóшêи ïîñëідîвíî вêëючåíі з îбмîòêами дифåðåíціаëьíîãî òðаíñ- фîðмаòîðа Ò. Ó ïîвіòðÿíîмó ïðîміжêó маãíіòîïðîвîдів ðîзòашîваíî ÿêіð, мåõаíічíî ïîв’ÿзаíиé з вåðõíім ðóõîмим åëåêòðîдîòðимачåм. В ïðîцåñі зваðюваííÿ åëåêòðîдîòðимач ïід дією ñиë òåïëî- вîãî ðîзшиðåííÿ ïåðåміщóєòьñÿ вãîðó íа вåëи- чиíó Δhåë і зміíює іíдóêòивíиé îïіð îбмîòîê w1 і w2. На виõîді òðаíñфîðмаòîðа Ò з’ÿвëÿєòьñÿ ñиãíаë íåóзãîджåíîñòі, ïðîïîðціéíиé Δhåë, ÿêиé виêîðиñòîвóєòьñÿ в ñиñòåмі авòîмаòичíîãî êå- ðóваííÿ дëÿ êîíòðîëю чаñó ïðîòіêаííÿ зваðю- ваëьíîãî ñòðóмó. В дåÿêиõ виïадêаõ ïðåдñòавëÿє іíòåðåñ виміðюваííÿ íå òіëьêи ïåðåміщåííÿ Δhåë, аëå é швидêîñòі éîãî зміíи dh/dt, îñêіëьêи цÿ вå- ëичиíа õаðаêòåðизóє швидêіñòь íаãðіваííÿ òа îõîëîджåííÿ, òîбòî òåðмічíиé циêë зва- ðюваííÿ, ÿêим визíачаєòьñÿ ñòðóêòóðа мåòа- ëó ÿдðа, а îòжå, і ÿêіñòь зваðíîãî з’єдíаííÿ. Z Ω ЧЕ Y FÊWÊ X V ІÄ UжUвиõ w2 w1 Δhåë T Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 18 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 ïåðåміщåííÿм ЧЕ. За íаÿвíîñòі зíаêîзміííîї відíîñíîї ëіíіéíîї швидêîñòі V вздîвж îñі 0X і ïåðåíîñíîї виміðюваíîї êóòîвîї швидêîñòі Ω íавêîëî îñі 0Z з’ÿвëÿєòьñÿ зíаêîзміííå ïðиñêî- ðåííÿ Êîðіîëіñа WÊ і відïîвідíа éîмó ñиëа FÊ óздîвж îñі 0Y. Апаратна частина експериментальної вимірювальної системи Äëÿ îціíêи мîжëивîñòåé êåðóваííÿ ïðîцåñîм êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ мåòаëів òа м’ÿêиõ жи- виõ òêаíиí шëÿõîм êîíòðîëю диëаòîмåòðичíîãî åфåêòó за дîïîмîãîю MEMS-давачів ðîзðîбëåíî åêñïåðимåíòаëьíó виміðюваëьíó ñиñòåмó, аïа- ðаòíа чаñòиíа ÿêîї вêëючає íаñòóïíі åëåмåíòи: — давач з шіñòьма ñòóïåíÿми ñвîбîди (òðи віñ- íиé ãіðîñêîï і òðивіñíиé аêñåëåðîмåòð); — міêðîêîíòðîëåð (МК); — ïåðåòвîðювач ëîãічíиõ ðівíів іíфîðмаціéíîї шиíи між давачåм òа МÊ; — åëåмåíò êåðóваííÿ; — ïåðñîíаëьíиé êîмï’юòåð (ПК); — ïåðåòвîðювач іíòåðфåéñів USB-UART; — ñòабіëізаòîð íаïðóãи дëÿ живëåííÿ іíåð- ціéíîãî давача. Сòðóêòóðíó ñõåмó ñиñòåми íавåдåíî íа рис. 8. Äавач міñòиòь ó ñîбі òðи віñ íиé аêñåëåðî- мåòð і òðи віñ íиé ãіðîñêîï. Чåðåз цифðîвиé іíòåðфåéñ даíі з давача íадõîдÿòь дî МÊ дëÿ ïîдаëьшîї îбðîбêи. Піñëÿ цьîãî ñиãíаë ïåðåдаєòьñÿ дî ПÊ чåðåз цифðîвиé іíòåðфåéñ. Живëåííÿ ñõåми здіéñíюєòьñÿ з ПÊ. Äëÿ забåз- ïåчåííÿ фóíêціîíóваííÿ давача íåîбõідíими є ñòабіëізаòîð íаïðóãи òа ïåðåòвîðювач ëîãічíиõ ðівíів íа шиíі даíиõ. Еëåмåíò êåðóваííÿ ïðи- зíачåíиé дëÿ заïóñêó абî ïðизóïиíåííÿ ðîбî- òи давача. Зîвíішíіé виãëÿд ðîзðîбëåíîãî åêñïåðимåí- òаëьíîãî ïðиñòðîю íавåдåíî íа рис. 9. Пëаòа ви- êîðиñòаíîãî в ðîзðîбці давача MPU-6050 [20] ïîêазаíа íа рис. 10, а éîãî ïаðамåòðи звåдåíі в таблиці. Параметри давача MPU-6050 [20] Паðамåòð Зíачåííÿ Êіëьêіñòь îñåé аêñåëåðîмåòðа 3 (X, Y, Z) Äіаïазîí ïðиñêîðåíь, ±g 2—16 Êіëьêіñòь îñåé ãіðîñêîïа 3 (X, Y, Z) Діапазон кутових швидкостей, °/c 250—2000 Рîбîчиé діаïазîí òåмïåðаòóð –40…+85°C Програмна частина експериментальної вимірювальної системи Пðîãðамíó чаñòиíó ïðиñòðîю ðîзðîбëåíî дëÿ міêðîêîíòðîëåðа. Вîíа відïîвідає за зчиòóваí- íÿ даíиõ з іíåðціéíîãî MEMS-давача MPU-6050 òа їõ ïåðåдачó дî ПÊ дëÿ ïîдаëьшîї îбðîбêи. Бëîê-ñõåма аëãîðиòмó ðîбîòи ðîзðîбëåíîãî ïðîãðамíîãî забåзïåчåííÿ íавåдåíа íа рис. 11. Пðîãðама ïðацює íаñòóïíим чиíîм. Піñëÿ ïîдачі живëåííÿ íа ïðиñòðіé відбóваєòьñÿ іíіціаëізаціÿ ïîðòів ввåдåííÿ-вивåдåííÿ МÊ (íа- ëашòóваííÿ ïîðòів íа ðîбîòó ÿê вõідíиõ абî ÿê виõідíиõ). Наñòóïíим êðîêîм відбóваєòьñÿ íа- Риñ. 9. Зîвíішíіé виãëÿд ðîзðîбëåíîãî åêñïåðимåí- òаëьíîãî ïðиñòðîю Риñ. 10. Зîвíішíіé виãëÿд ïëаòи давача MPU-6050 Риñ. 8. Сòðóêòóðа ñиñòåми виміðюваííÿ міêðîïåðåміщåíь íа îñíîві MEMS-давача Сòабіëізаòîð íаïðóãи живëåííÿ Еëåмåíò êåðóваííÿ Пåðåòвîðювач ëîãічíиõ ðівíівÄавач МÊ Пåðåòвîðювач USB-UART ПÊ USB + 5 В Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 19 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 зваðюваííÿм. Пðи цьîмó ÿê давачі виêîðиñòîвó- ваëиñÿ аêñåëåðîмåòð òиïó MMA7260Q, ãіðîñêîï òиïó MLX90609, а òаêîж міêðîñõåма, ÿêа ïîєдíóє фóíêції аêñåëåðîмåòðа і ãіðîñêîïа — MPU-6050. На рис. 12 íавåдåíî чаñîві діаãðами êóòîвîї швидêîñòі. Äіаãðама, îòðимаíа за дîïîмî- ãîю ãіðîñêîïа, ïðåдñòавëåíа за ðåзóëьòаòами виміðюваííÿ бåзïîñåðåдíьî з давача (ðиñ. 12, а), а діаãðама, îòðимаíа за дîïîмîãîю аêñåëåðîмå- òðа, ïðåдñòавëåíа за ðåзóëьòаòами виміðюваííÿ ïðиñêîðåííÿ з ïîдаëьшим іíòåãðóваííÿм і відïîвідíими ïåðåòвîðåííÿми (ðиñ. 12, б). Вåëичиíи ïåðåміщåíь, ÿêі вдаëîñÿ заðåєñò- ðóваòи, зíаõîдÿòьñÿ в діаïазîíі від îдиíиць міêðîмåòðів (міíімóм 5 мêм) дî îдиíиць міëімåòðів. Пðи цьîмó швидêіñòь ïåðåдачі даíиõ ñиñòåми дîðівíює 1 мñ. Сëід відзíачиòи, щî ці вåëичиíи відïîвідаюòь ïаðамåòðам ïåðåміщåíь, õаðаêòåðíим дëÿ диëаòîмåòðичíîãî åфåêòó, щî ñïîñòåðіãаєòьñÿ в ïðîцåñі зваðюваííÿ (дåñÿòêи міêðîí за îдиíиці міëіñåêóíд). Оêðåмî ñëід òаêîж відзíачиòи міíіаòюðíі ãа- баðиòи MEMS-давачів. Рîзміðи міêðîñõåми да- вача ñêëадаюòь ïðибëизíî 5×5 мм, а ðîзміðи ïëа- òи, íа ÿêіé вñòаíîвëåíî міêðîñõåмó, дîðівíююòь 32×38 мм. Міíіаòюðíіñòь давачів є важëивîю дëÿ забåзïåчåííÿ êîмïаêòíîñòі åëåêòðîõіðóðãічíîãî іíñòðóмåíòó òа óñòаòêóваííÿ. Висновки Äîñëіджåííÿ ïîêазíиêів òîчíîñòі і швид- êîдії ðîзðîбëåíîãî åêñïåðимåíòаëьíîãî вимі- Риñ. 11. Аëãîðиòм ðîбîòи ïðиñòðîю дëÿ вимі- ðюваííÿ міêðîïåðåміщåíь ëашòóваííÿ ïîñëідîвíиõ іíòåðфåéñів ïåðåдачі даíиõ UART òа I2C і встановлення з’єднання з давачåм MPU-6050. Пðî ñòаí з’єдíаííÿ (вда- ëå чи íі) дî ПÊ відïðавëÿєòьñÿ відïîвідíå ïîвідîмëåííÿ. Äаëі відбóваєòьñÿ íаëашòóваííÿ діаïазîíів виміðюваííÿ ãіðîñêîïа òа аêñåëåðî- мåòðа. Піñëÿ цьîãî з êîжíîї îñі аêñåëåðîмåòðа òа ãіðîñêîïа в îдíаêîві мîмåíòи чаñó циêëічíî îòðимóюòьñÿ даíі, ÿêі íадñиëаюòьñÿ дî ïåðñî- íаëьíîãî êîмï’юòåðа. Сëід відзíачиòи, щî дëÿ іíåðціéíîãî MEMS- давача MPU-6050 іñíóюòь ãîòîві бібëіîòåêи, за- вдÿêи чîмó ïîëåã шóєòьñÿ éîãî ïðîãðамóваííÿ. Дослідження характеристик розробленої системи В ïðîцåñі дîñëіджåíь бóëа ïðîвåдåíа îціíêа мîжëивîñòі заñòîñóваííÿ MEMS-давачів дëÿ êîíòðîëю диëаòîмåòðичíîãî åфåêòó ïðи óдîñêîíаëåííі ïðîцåñó з’єдíаííÿ êîíòаêòíим Риñ. 12. Äіаãðами êóòîвîї швидêîñòі в чаñі 0,06 0,14 0,22 0,30 Чаñ, ñ 0,06 0,14 0,22 0,30 Чаñ, ñ 2 1 0 1 2 Ê óò îв а ш ви дê іñ òь , ã ðа д/ ñ 2 1 0 1 2 Ê óò îв а ш ви дê іñ òь , ã ðа д/ ñ а) б) Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 20 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 ðюваëьíîãî ïðиñòðîю íа îñíîві MEMS-давачів дîвåëî éîãî ñïðîмîжíіñòь ðåєñòðóваòи зíачåííÿ ïåðåміщåíь зваðюваëьíиõ åëåêòðîдів, ñïðичиíå- íиõ диëаòîмåòðичíим åфåêòîм, õаðаêòåðíі дëÿ êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ ÿê мåòаëåвиõ виðîбів, òаê і живиõ м’ÿêиõ òêаíиí. Òаêим чиíîм, ïîбóдîвó ñиñòåм авòîмаòич- íîãî êåðóваííÿ за ïаðамåòðîм ïåðåміщåííÿ íа îñíîві виêîðиñòаííÿ диëаòîмåòðичíîãî åфåê- òó òа MEMS-давачів мîжíа вважаòи дîціëьíîю і ïåðñïåêòивíîю, а заñòîñóваííÿ òаêиõ ñи- ñòåм мîжíа ðåêîмåíдóваòи дëÿ вдîñêîíаëåí- íÿ машиí êîíòаêòíîãî зваðюваííÿ мåòаëів òа åëåêòðîõіðóðãічíîãî îбëадíаííÿ. Äëÿ вïðîваджåííÿ заïðîïîíîваíîãî ïідõîдó в õіðóðãічíó ïðаêòиêó íåîбõідíа вñåбічíа åêñïå- ðимåíòаëьíа ïåðåвіðêа і ïідòвåðджåííÿ îòðима- íиõ ðåзóëьòаòів шëÿõîм заñòîñóваííÿ êîíòаêòíî- ãî зваðюваííÿ дî ðізíиõ òиïів біîëîãічíиõ òêа- íиí òваðиí і ëюдиíи. ВИÊОРИСÒАНІ ÄЖЕРЕЛА 1. Авòîмаòизациÿ ñваðîчíыõ ïðîцåññîв / Пîд ðåд. В.Ê. Лебедева, В.П. Черныша.– Киев: Вища шк., Гол. изд-во, 1986. 2. Bondarenko, O.F., Bondarenko I.V., Safronov P.S., Sydorets V.M. Current and force control in micro resistance welding machines. Review and development // 2013 8th International Conference on Compatibility and Power Electronics (CPE).— Ljubljana, Slovenia.— 2013.— P. 298–303.— https://doi.org/10.1109/CPE.2013.6601173. 3. Оðëîв Б.Ä., Чаêаëåв А.А., Äмиòðиåв Ю.В. и дð. Òåõíîëîãиÿ и îбîðóдîваíиå êîíòаêòíîé ñваðêи: Óчåбíиê дëÿ машиíîñòð. вóзîв.— Мîñêва: Машиíîñòðîåíиå, 1986. 4. Paton B.E. Electric welding of soft tissues in surgery // The Paton Welding Journal.— 2004.— N 9.— Р. 6—10. 5. Paton B.E. Welding and related technologies for medical application // The Paton Welding Journal.— 2008.— N 11.— Р. 11—19. 6. Òêаíåñîõðаíÿющаÿ выñîêîчаñòîòíаÿ эëåêòðîñва- ðîчíаÿ õиðóðãиÿ. Аòëаñ / Пîд ðåд. Б.Е. Паòîíа, О.Н. Иваíîвîé.— Êиåв: Наóêîва дóмêа, 2009. 7. Sydorets V. Lebedev A., Dubko А. Mathematical modeling of the current density distribution in a high-frequency electrosurgery // 16th Int. Conf. on Computational Problems of Electrical Engineering.— Lviv, Ukraine.— 2015.— P. 215—217.— https://doi.org/10.1109/CPEE.2015.7333379. 8. Linchevskyy O. Makarov A., Getman V. Lung sealing using the tissue-welding technology inspontaneous pneumothorax // European Journal of Cardio-thoracic Surgery.— 2010.— N 5.— P. 1126—1128. 9. Umanets, N.N., Pasyechnikova N.V., Naumenko V.A., Henrich P.B. High-frequency electric welding: a novel method for improved immediate chorioretinal adhesion in vitreoretinal surgery // Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology.— 2014.— N 11.— P. 1697—1703. 10. Лåбåдåв В.Ê., Лåбåдåв А.В., Бóшòåдò Ю.П. òа іí. Пðимåíåíиå ñваðêи в õиðóðãии // Сваðîчíîå ïðîизвîд- ñòвî.— 2008.— ¹ 11.— С. 23—25. 11. Лåбåдåв А.В., Äóбêî А.Г. Оñîбåííîñòи ïðимåíåíиÿ òå- îðии êîíòаêòíîé ñваðêи мåòаëëîв ê ñваðêå живыõ òêаíåé // Òåõíічíа åëåêòðîдиíаміêа.— 2012.— Виï. 2.— С. 187—192. 12. Паò. 39907 Óêðаїíи. Сïîñіб з’єдíаííÿ ñóдиí òа іíшиõ ïîðîжíиñòиõ îðãаíів òваðиí абî ëюдиíи é ïðиñòðіé дëÿ éîãî здіéñíåííÿ / Б.Є. Паòîí, В.Ê. Лåбåдєв, Ä. С. Вîðîíа òа іí.— 2001.— Бюë. ¹ 6. 13. Паò. 44805 Óêðаїíи. Сïîñіб з’єдíаííÿ м’ÿêиõ біî ëî ãі- чíиõ òêаíиí і óëашòóваííÿ дëÿ éîãî здіéñíåííÿ / Б.Є. Паòîí, В.Ê. Лåбåдєв, Ä.С. Вîðîíа òа іí.— 2002.— Бюë. ¹3. 14. Паò. 74881 Óêðаїíа. Сïîñіб з’єдíаííÿ м’ÿêиõ біîëîãічíиõ òêаíиí і óëашòóваííÿ дëÿ éîãî здіéñíåííÿ / Б.Є. Паòîí, В.Ê. Лåбåдєв, О.М. Іваíîва òа іí.— 2006.— Бюë. ¹2. 15. Pat. 2002/0091385 USA. Bonding of soft biological tissues by passing high frequency electric current therethorugh / V.K. Lebedev et al.— 11.07.2002. 16. Pat. 6733498 USA. System and method for control of tissue welding / B.E. Paton et al.— 21.08.2003. 17. Паò. 2294171 Рîññии. Сïîñîб ñваðêи мÿãêиõ òêаíåé живîòíîãî и чåëîвåêа / Б.Е. Паòîí и дð.— 27.02.2007. 18. Паòîí Б.Є., Бóëавиí Л.А., Аêòаí О.Ю. òа іí. Сòðóêòóðíі ïåðåòвîðåííÿ êîëаãåíó ïðи åëåêòðî зва ðю ваííі м’ÿêиõ живиõ òêаíиí // Äîïîвіді Націî íаëьíîї аêадåмії íаóê Óêðаїíи.— 2010.— ¹ 2.— С. 94—101. 19. Êîзëîвñêиé С.Н. О выбîðå ïаðамåòðîв диëаòîмåòðи- чåñêîãî êîíòðîëÿ и ðåãóëиðîваíии ïðîцåññа òîчåчíîé ñваðêи // Сваðîчíîå ïðîизвîдñòвî.— 1991.— ¹ 9.— С. 27—31. 20. MPU-6050 Six-Axis (Gyro + Accelerometer) MEMS MotionTracking™ Devices [Еëåêòðîííиé ðåñóðñ].— Рåжим дîñòóïó: https://www.invensense.com/products/motion- tracking/6-axis/mpu-6050/.— Назва з åêðаíó. Дата надходження рукопису до редакції 27.03 2017 р. К. т. н. А. Ф. БОНДАРЕНКО1, к. т. н. А. Г. ДУБКО1, 2, д. т. н. В. Н. СИДОРЕЦ2, к. т. н. Ю. В. БОНДАРЕНКО1 Óêðаиíа, ã. Êиåв, 1Нациîíаëьíыé òåõíичåñêиé óíивåðñиòåò Óêðаиíы «Êиåвñêиé ïîëиòåõíичåñêиé иíñòиòóò имåíи Иãîðÿ Сиêîðñêîãî», 2Иíñòиòóò эëåêòðîñваðêи им. Е. А. Паòîíа НАНÓ E-mail: bondarenkoaf@gmail.com, andreyies17@gmail.com, sydorvn@gmail.com, bondarenko.julie@gmail.com ПРИМЕНЕНИЕ ÄИЛАÒОМЕÒРИЧЕСÊОГО ЭФФЕÊÒА ÄЛЯ АВÒОМАÒИЗАЦИИ ÊОНÒАÊÒНОЙ СВАРÊИ С целью улучшения качества сварных соединений предложено использовать дилатометрический эффект для управления процессом контактной точечной сварки, а именно перемещением сварочных электродов. Для его отслеживания предлагается применять современные инерциальные MEMS-датчики. Разработана экспериментальная измерительная система, которая обрабатывает сигнал MEMS-датчиков и делает его пригодным для использования в качестве сигнала обратной связи. Проведена оценка возможностей изме- рения микроперемещений электродов, наблюдаемых в результате дилатометрического эффекта при кон- тактной сварке, с помощью MEMS-датчиков. Предложено использовать данный способ и оборудование как для сваривания металлов, так и живых мягких тканей. Результаты предварительных исследований показали, что предложенные решения являются целесообразными и перспективными. Ключевые слова: контактная сварка, тепловое расширение материала, дилатометрический эффект, управление, качество сварки, живые ткани. Òåõíîëîãіÿ і êîíñòðóюваííÿ в åëåêòðîííіé аïаðаòóðі, 2017, ¹ 6 21 ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ ISSN 2225-5818 O. F. BONDARENKO1, A. H. DUBKO1,2, V. M. SYDORETS2, Iu. V. BONDARENKO1 Ukraine, 1Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2E.O. Paton electric welding institute of NAS of Ukraine E-mail: bondarenkoaf@gmail.com, andreyies17@gmail.com, sydorvn@gmail.com, bondarenko.julie@gmail.com APPLYING OF DILATOMETRIC EFFECT FOR RESISTANCE WELDING AUTOMATION The important issue of resistance spot welding control to obtain high quality welded joints, especially in living tissue welding, is considered. The actual state of the issue is described and analyzed. In order to improve the quality of welded joints, the applying of dilatometric effect to control the resistance spot welding process, namely of shifting the welding electrodes, is suggested. To register the shifting, the use of modern inertial microelectromechanical sensors (MEMS) is proposed. The experimental measuring system, which processes the MEMS-sensor signal and makes it suitable for use as a feedback signal, is developed. The structure and operational algorithm of the system are described. The abilities of measuring with MEMS-sensors the values of electrode shifting caused by dilatometric effect under resistance welding are assessed. These method and equipment are recommended for welding the metals, as well as for welding the living tissues. The results of preliminary studies prove the advisability and relevance of the suggested solutions. Keywords: resistance welding; thermal expansion of material; dilatometric effect; control; welding quality; living tissue. DOI: 10.15222/TKEA2017.6.14 UDC 621.791.76/.79: 621.791.03 REFERENCES 1. Avtomatizatsiya svarochnykh protsessov [Automation of welding processes] // Ed. by V.K. Lebedev, V.P. Chernysh. Kyiv: Vyshcha shk., Golovnoye izd-vo, 1986, 296 p. (Rus) 2. Bondarenko O.F., Bondarenko I.V., Safronov P.S., Sydorets V.M. Current and Force Control in Micro Resistance Welding Machines. Review and Development // 8th IEEE International Conference on Compatibility and Power Electronics (CPE), Slovenia, Ljubljana, 2013, pp. 298–303. doi:10.1109/CPE.2013.6601173. 3. Orlov B.D., Chakalev A.A., Dmitriyev Yu.V. et al. Tekhnologiya i oborudovaniye kontaktnoy svarki [Technology and equipment for resistance welding]: Textbook for machine-building universities. Moscow, Mashinostroyeniye, 1986, 352 p. (Rus) 4. Paton B.E. Electric welding of soft tissues in surgery. The Paton Welding Journal, 2004, no 9, pp. 6-10. 5. Paton B.E. Welding and related technologies for medical application. The Paton Welding Journal, 2008, no 11, pp. 11-19. 6. Tkanesokhranyayushchaya vysokochastotnaya elek- trosvarochnaya khirurgiya. Atlas [Tissue-preserving high- frequency electric welding surgery. Atlas]. Ed. by B.E. Paton, O.N. Ivanova. Kyiv, Naukova dumka, 2009, 199 p. (Rus) 7. Sydorets V., Lebedev A., Dubko А. Mathematical Modeling of the Current Density Distribution in a High- Frequency Electrosurgery. 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). Ukraine, Lviv, 2015, pp. 215-217. doi: 10.1109/ CPEE.2015.7333379. 8. Linchevskyy O., Makarov A., Getman V. Lung sealing using the tissue-welding technology inspontaneous pneumo- thorax. European Journal of Cardio-thoracic Surgery, 2010, no 5, pp. 1126-1128. 9. Umanets N. N., Pasyechnikova N. V., Naumenko V. A., Henrich P. B. High-frequency electric welding: a novel method for improved immediate chorioretinal adhesion in vitreoreti- nal surgery. Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology, 2014, no 11, pp. 1697-1703. 10. Lebedev V.K., Lebedev A.V., Bushtedt Yu.P., Dubko A.H., Shelest N.A., Vasilchenko V.A., Sidorenko D.F., Sazonov V.Ya., Masalov D.V. Primeneniye svarki v khirurgii [The use of welding in surgery]. Svarochnoye proizvodstvo, 2008, no 11, pp. 23-25. (Rus) 11. Lebedev A.V., Dubko A.H. Osobennosti primeneniya teorii kontaktnoy svarki metallov k svarke zhivykh tkaney [Features of applying of the theory of resistance welding of metals for the welding of living tissues]. Tekhnichna elektro- dynamika, 2012, Iss. 2, pp. 187-192. (Rus) 12. Pat. 39907 Ukraine. Sposib ziednannia sudyn ta in- shykh porozhnystykh orhaniv tvaryn abo liudyny y prystrii dlia yoho zdiisnennia [The method of bonding the vessels and other hollow bodies of animals or humans and a device for its implementation]. B.E. Paton, V.K. Lebedev, D.S. Vorona, V.I. Karchemskyi, Yu.O. Furmanov, O.V. Lebedev, V.A. Vasylchenko, D.F. Sydorenko, V.P. Yemchenko-Rybko, O.M. Ivanova, O.Yu. Furmanov, Ye.V. Zhyvodernikov, A.O. Lyashenko, I.M. Savytska, 16.07.2001. (Rus) 13. Pat. 44805 Ukraine. Sposib ziednannia miakykh biolo- hichnykh tkanyn i ulashtuvannia dlia yoho zdiisnennia [The method of bonding the soft biological tissues and equipment for its implementation]. B.E. Paton, V.K. Lebedev, D.S. Vorona, V.I. Karchemskyi, Yu.O. Furmanov, O.V. Lebedev, V.A. Vasylchenko, D.F. Sydorenko, V.P. Yemchenko-Rybko, O.M. Ivanova, O.Yu. Furmanov, Ye.V. Zhyvodernikov, A.O. Lyashenko, 15.03.2002. (Rus) 14. Pat. 74881 Ukraine. Sposib ziednannia miakykh biolo- hichnykh tkanyn i ulashtuvannia dlia yoho zdiisnennia [The method of bonding the soft biological tissues and equipment for its implementation]. B.E. Paton, V.K. Lebedev, O.M. Ivanova, N.A. Chvertko, Bushtedt Yu.P., M.A. Shelest, O.V. Lebedev, 15.02.2006. (Ukr) 15. Pat. 2002/0091385 A1 US. Bonding of soft biological tissues by passing high frequency electric current theretho- rugh. Lebedev, A.V. Lebedev, D.S. Vorona, V.I. Karchemsky, Y.A. Furmanov, V.A. Vasilchenko, D.F. Sidorenko, V.P. Iemchenko-Ribko, O.N. Ivanova, Y.V. Zyvodernikov, A.A. Lyashenko, I.M. Savitskaya, Publ. Jul. 11, 2002. 16. Pat. 6733498 US. System and method for control of tis- sue welding. B.E. Paton, V.K. Lebedev, A.V. Lebedev, Y.A. Masalov, O.N. Ivanova, M.P. Zakharash, Y.A. Furmanov, Prior. 19.02.2002; Publ. Aug. 21.2003. 17. Pat. 2294171 Russia. Sposob svarkі miahkіkh tkanei zhіvotnoho і cheloveka [The method of welding of soft tissue of animals and humans]. B.E. Paton, V.K. Lebedev, A.V. Lebedev, Y.A. Masalov, O.N. Ivanova, M.P. Zakharash, Y.A. Furmanov, Prior. 19.06.02; Publ. 27.02.07. (Rus) 18. Paton B.E., Bulavyn L.A., Aktan O.Yu., Zabashta Yu.F., Lebediev O.V., Podpriatov S.Ye., Dubko A.H., Ivanova O.M. Strukturni peretvorennia kolahenu pry elek- trozvariuvanni miakykh zhyvykh tkanyn [Structural collagen transformations in electric welding of soft living tissues] // Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy, 2010, no 2, pp. 94-101. (Rus) 19. Kozlovskyi S.N. O vybore parametrov dilatometri- cheskoho kontrolia i rehulirovanii protsessa tochechnoi svarki [About the choice of parameters of dilatometric control and regulation of spot welding process]. Svarochnoe proyzvodstvo, 1991, no 9, pp. 27-31. (Rus) 20. MPU-6050 Six-Axis (Gyro + Accelerometer) MEMS MotionTracking™ Devices [Electronic resource]. – Access mode: https://www.invensense.com/products/motion- tracking/6-axis/mpu-6050/. – Title from the screen.

Застосування дилатометричного ефекту для автоматизації контактного зварювання

Репозитарії

Схожі ресурси