CN103475334A - 一种超声波发生器的自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波发生器的自适应方法，通过对焊接系统进行频率扫描，并对谐振回路的电流数据进行采样，将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并以更新后的频率点采样电流数据；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并以更新后的频率点采样电流数据；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作，通过超声波发生器的输出频率随焊接系统的谐振频率点进行自适应，使焊接系统工作在谐振频率点，提高焊接质量。

Description

一种超声波发生器的自适应方法

技术领域

本发明涉及超声焊接技术领域，具体涉及一种超声波发生器的自适应方法，尤其适用于焊接机的超声波发生器。

背景技术

超声波发生器是一种用以产生超声频电能并向超声换能器提供的装置。超声波发生器用于焊接机时，可应用于超声波塑胶焊接机、超声波金属焊接机及超声波布料花边机等焊接机。焊接机与被焊工件等形成超声波焊接系统，焊接系统工作于频率谐振和阻抗匹配状态时才能正常焊接。

传统的模拟超声波发生器采用自激震荡的模拟方式产生超声波，其产生的超声波频带比较窄，应用其的焊接系统适用的范围窄。数字化超声波发生器以他激震荡方式产生超声波，其产生超声波的超声波频带较宽，应用其的焊接系统适用的范围比应用模拟超声波发生器的焊接系统款。但超声波焊接系统的谐振频率点容易受被焊工件的材质、表面压力、熔接面温度等因素影响，而发生频率漂移，当超声波焊接系统频率漂移范围超出超声波发生器产生的超声波的频率范围时，焊接系统无法工作在最佳谐振频率点，容易造成焊接不牢、焊接面起皱纹等，影响被焊工件的质量，严重时还可能导致超声波焊接系统停震，焊接失败。此外，超声波发生器的输出功率受被焊工件材质差异、焊接结合面的粗糙程度、谐振频率点的漂移程度等因素的影响。超声波发生器的输出功率不稳定，则输出的电压也不稳定，容易导致焊接结合面的焊接不均匀，影响被焊工件的质量。

现有的超声波发生器均存在上述应用瓶颈。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种超声波发生器的自适应方法，超声波发生器的输出频率能跟随焊接系统的谐振频率点进行自适应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种超声波发生器的自适应方法，包括超声波发生器的输出频率自适应方法，具体如下：

步骤一、预先设定频率变化的初始方向和电流数据初始值；

步骤二、在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以一定的频率步长进行频率扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；

步骤三、将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并返回步骤二；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并返回步骤二；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作。

作为优选，所述步骤一中还包括预先设定电流数据的门限值的步骤；

所述步骤二包括频率粗扫描的步骤和频率精扫描的步骤，所述频率粗扫描的步骤如下：

在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以第一频率步长进行频率粗扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；

判断当前采样电流数据是否小于预设电流数据的门限值，若是则继续粗扫描，否则进行精扫描；

所述频率精扫描的步骤如下：

以频率粗扫描得到的谐振频率点为参考，在可预期的系统最大频率漂移范围内，以第二频率步长进行频率精扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据。

作为优选，进行频率粗扫描时频率变化不做延时停留，进行精频率扫描时频率变化做一定的延时停留。

作为优选，所述采样谐振回路该频率点的电流数据的步骤具体为：在同一频率点多次采样电流数据，并除去采样电流数据中的异样点，再通过移动平均法对采样电流数据进行平滑，得到谐振回路中该频率点的当前采样电流数据。

作为优选，所述电流数据为电压值，所述采样电流数据的步骤具体为：电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器。

作为优选，所述步骤一和步骤二之间还包括恒定超声波发生器的输出电压的步骤。

作为优选，还包括超声波发生器的输出电压的自适应方法，具体如下：

步骤1、预先设定系统工作最佳电压值；

步骤2、恒定超声波发生器的输出频率为系统的谐振点；

步骤3、通过电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器；

步骤4、将当前采样电压值与预设的系统工作最佳电压值进行比较，若当前采样电压值大于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压降低一档，并返回步骤3；若当前采样电压值小于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压提高一档，并返回步骤3；若当前采样电压值等于预设的系统工作最佳电压值，则以当前输出电压档位驻点工作。

作为优选，在同一输出电压档位重复多次执行步骤3，得到多个采样电压值，并除去采样电压值中的异样点，再通过移动平均法对采样电压值进行平滑，作为该输出电压档位对应的当前采样电压值。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

（1）通过超声波发生器的输出频率自适应方法，使超声波发生器的输出频率随焊接系统的谐振频率点进行自适应，使焊接系统工作在谐振频率点，提高焊接质量。

（2）通过超声波发生器的输出电压自适应方法，使超声波发生器的输出电压能进行自适应，确保超声波发生器的输出电压稳定，进一步提高焊接质量。

（3）通过频率粗扫描和频率精扫描进行频率扫描，能快速、精确找到谐振频率点，提高焊接效率和焊接质量。

（4）通过在粗频率扫描时频率变化不做延时停留，进行精频率扫描时频率变化做一定的延时停留，确保焊接系统快速找到谐振点的同时确保谐振点的精确度。

（5）通过多次采样，并除去多次采样数据中的异样点，通过四项移动平均法对多次采样数据进行平滑，提高焊接系统的稳定性，提高焊接质量。

附图说明

图1为本实施例超声波发生器的输出频率自适应方法的流程图；

图2为本实施例超声波发生器的输出电压自适应方法的流程图。

具体实施方式

超声波发生器应用于焊接领域时，超声波焊接系统的谐振频率点容易受被焊工件的材质、表面压力、熔接面温度等因素影响，而发生频率漂移；超声波发生器的输出功率受被焊工件材质差异、焊接结合面的粗糙程度、谐振频率点的漂移程度等因素的影响。本发明提供一种超声波发生器的自适应方法，使超声波发生器的输出频率通过自适应自动跟踪系统的谐振频率点，并通过输出电压的自适应，稳定输出电压，提高焊接质量。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

一种超声波发生器的自适应方法，包括超声波发生器的输出频率自适应方法及超声波发生器的输出电压自适应方法。本方法适用于数字化超声波发生器，数字化超声波发生器以他激方式产生超声波，其超声波频带范围宽，通过本发明提供的自适应方法，应用该超声波发生器的焊接机适用于各种不同的被焊工件，适用范围宽。

如图1、图2所示，一种超声波发生器的自适应方法，具体如下：

S101、预先设定频率变化的初始方向、电流数据初始值、电流数据的门限值、系统工作最佳电压值。所述频率变化的初始方向、电流数据初始值、电流数据的门限值可在超声波发生器或焊接机出厂前进行设定，也可在初次使用或每次使用时用户进行设定。所述电流数据的门限值、系统工作最佳电压值在超声波发生器具体应用时根据被焊工件、系统本身参数进行设定。

S102、恒定超声波发生器的输出电压；

S103、系统进行频率粗扫描的过程如下：在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以第一频率步长进行频率粗扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；

判断当前采样电流数据是否小于预设电流数据的门限值，若是则继续粗扫描，否则进行精扫描。本实施例中所述第一频率步长设置为5Hz，且频率粗扫描时频率变化不做延时停留，系统可在2ms内完成一个频率点的扫描，所述第一频率步长根据系统的频带范围设置在5Hz-10Hz之间。

S104、系统进行频率精扫描的过程如下：以频率粗扫描得到的谐振频率点为参考，在可预期的系统最大频率漂移范围内，以第二频率步长进行频率精扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据。本实施例中所述第二频率步长设置为0.1Hz，且频率精扫描时频率变化做20ms的延时停留，所述第二频率步长根据系统的频带范围可设置在0.1Hz-0.5Hz之间。

S105、将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并返回S104；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并返回S104；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作。

所述采样谐振回路该频率点的电流数据的步骤具体为：在同一频率点多次采样电流数据，并通过实际采样曲线与理论曲线变化趋势比较的方法（如，采样曲线上的采样点实际值比理论曲线的预期值大两倍，该采样值视为异样点）除去采样电流数据中的异样点，再通过四项移动平均法对采样电流数据进行平滑，得到谐振回路中该频率点的当前采样电流数据。所述电流数据为电压值，电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器。

S106、恒定超声波发生器的输出频率为系统的谐振点。

S107、在同一输出电压档位重复多次执行通过电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器的步骤，得到多个采样电压值，并通过实际采样曲线与理论曲线变化趋势比较的方法（如，采样曲线上的采样点实际值比理论曲线的预期值大两倍，该采样值视为异样点）除去采样电压值中的异样点，再通过四项移动平均法对采样电压值进行平滑，作为该输出电压档位对应的当前采样电压值。

S108、将当前采样电压值与预设的系统工作最佳电压值进行比较，若当前采样电压值大于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压降低一档，并返回S107；若当前采样电压值小于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压提高一档，并返回S107；若当前采样电压值等于预设的系统工作最佳电压值，则以当前输出电压档位驻点工作。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声波发生器的自适应方法，其特征在于，包括超声波发生器的输出频率自适应方法，具体如下：

步骤一、预先设定频率变化的初始方向和电流数据初始值；

步骤二、在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以一定的频率步长进行频率扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；

步骤三、将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并返回步骤二；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并返回步骤二；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作。

2.根据权利要求1所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于，

所述步骤一中还包括预先设定电流数据的门限值的步骤；

所述步骤二包括频率粗扫描的步骤和频率精扫描的步骤，所述频率粗扫描的步骤如下：

在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以第一频率步长进行频率粗扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；

判断当前采样电流数据是否小于预设电流数据的门限值，若是则继续粗扫描，否则进行精扫描；

所述频率精扫描的步骤如下：

以频率粗扫描得到的谐振频率点为参考，在可预期的系统最大频率漂移范围内，以第二频率步长进行频率精扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据。

3.根据权利要求2所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于：进行频率粗扫描时频率变化不做延时停留，进行精频率扫描时频率变化做一定的延时停留。

4.根据权利要求3所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于，所述采样谐振回路该频率点的电流数据的步骤具体为：在同一频率点多次采样电流数据，并除去采样电流数据中的异样点，再通过移动平均法对采样电流数据进行平滑，得到谐振回路中该频率点的当前采样电流数据。

5.根据权利要求4所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于，所述电流数据为电压值，所述采样电流数据的步骤具体为：电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二之间还包括恒定超声波发生器的输出电压的步骤。

7.根据权利要求6所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于，还包括超声波发生器的输出电压的自适应方法，具体如下：

步骤1、预先设定系统工作最佳电压值；

步骤2、恒定超声波发生器的输出频率为系统的谐振点；

步骤3、通过电流取样单元采样谐振回路的电流信号，通过A/D电压转换单元转换成电压值，并输入至微处理器；

步骤4、将当前采样电压值与预设的系统工作最佳电压值进行比较，若当前采样电压值大于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压降低一档，并返回步骤3；若当前采样电压值小于预设的系统工作最佳电压值，则超声波发生器的输出电压提高一档，并返回步骤3；若当前采样电压值等于预设的系统工作最佳电压值，则以当前输出电压档位驻点工作。

8.根据权利要求7所述的超声波发生器的自适应方法，其特征在于：在同一输出电压档位重复多次执行步骤3，得到多个采样电压值，并除去采样电压值中的异样点，再通过移动平均法对采样电压值进行平滑，作为该输出电压档位对应的当前采样电压值。

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