DE102022127931A1

DE102022127931A1 - Workpiece treatment device for treating a workpiece with a microwave and method for treating the workpiece with the microwave

Info

Publication number: DE102022127931A1
Application number: DE102022127931.6A
Authority: DE
Inventors: Vasileios Ramopoulos
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2024-05-02
Also published as: WO2024084042A1

Abstract

Eine Werkstückbehandlungsvorrichtung (1) umfasst eine Signalverstärkungsanordnung (2), die dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal (5) zu verstärken. Das verstärkte HF-Signal (7) ist an einen Resonator (8) ausgebbar in den ein zu bearbeitendes Werkstück (9) einbringbar ist. Eine Messeinrichtung (10) und eine Verarbeitungseinrichtung (11) sind vorgesehen, wobei die Verarbeitungseinrichtung (11) dazu ausgebildet ist, um mittels der Messeinrichtung (10) eine Resonanzfrequenz (12) zu ermitteln, die in dem Resonator (8) entsteht. Die Verarbeitungseinrichtung (11) ist weiter dazu ausgebildet, um einen Verlauf einer Verschiebung der Resonanzfrequenz (12) im Betrieb zu verfolgen. Die Verarbeitungseinrichtung (11) ist dazu ausgebildet, um den Verlauf (28) der Verschiebung der Resonanzfrequenz (12) gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf (27) zu vergleichen und um eine Statusmeldung (13) auszugeben, die zu einem Prozessfortschritt korrespondiert.A workpiece treatment device (1) comprises a signal amplification arrangement (2) which is designed to amplify an RF signal (5). The amplified RF signal (7) can be output to a resonator (8) into which a workpiece (9) to be machined can be introduced. A measuring device (10) and a processing device (11) are provided, wherein the processing device (11) is designed to use the measuring device (10) to determine a resonance frequency (12) which arises in the resonator (8). The processing device (11) is further designed to track a course of a shift in the resonance frequency (12) during operation. The processing device (11) is designed to compare the course (28) of the shift in the resonance frequency (12) with a stored workpiece-dependent course (27) and to output a status message (13) which corresponds to a process progress.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Werkstücks mit einer Mikrowelle und ein Verfahren zur Behandlung des Werkstücks mit der Mikrowelle.The invention relates to a workpiece treatment device for treating a workpiece with a microwave and a method for treating the workpiece with the microwave.

Bei Mikrowellenbehandlungen werden zu behandelnde Werkstücke durch Beaufschlagung mit elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich behandelt. Der Frequenzbereich liegt im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz. Das zu behandelnde Werkstück kann ein flüssiges, festes oder gasförmiges Werkstück umfassen, das dielektrische Eigenschaften aufweist, die es erlauben, die Mikrowelle ganz oder teilweise zu absorbieren, beispielsweise eine wässrige Suspension, ein landwirtschaftliches oder chemisches Produkt, ein plasmabildendes Gas usw. Hierzu wird das zu behandelnde Werkstück in eine Behandlungskammer eines Resonators eingebracht, in dem sich die Mikrowelle ausbreitet. Mit Resonator ist hier ein abgeschlossenes Volumen gemeint, in das ein oder mehrere zu behandelnde Werkstücke zur Mikrowellenbehandlung eingebracht werden, und in das die Mikrowellenleistung zur Mikrowellenbehandlung geleitet wird und das ausgelegt ist, dass sich Mikrowellenresonanzen im Innern ausbilden können.In microwave treatments, workpieces to be treated are treated by exposing them to electromagnetic waves in the microwave range. The frequency range is from 300 MHz to 300 GHz. The workpiece to be treated can comprise a liquid, solid or gaseous workpiece that has dielectric properties that allow the microwave to be fully or partially absorbed, for example an aqueous suspension, an agricultural or chemical product, a plasma-forming gas, etc. For this purpose, the workpiece to be treated is introduced into a treatment chamber of a resonator in which the microwave propagates. The term resonator here refers to an enclosed volume into which one or more workpieces to be treated are introduced for microwave treatment, and into which the microwave power for microwave treatment is directed and which is designed so that microwave resonances can form inside.

Weiterhin zählen auch Oberflächenbehandlungen der Werkstücke, wie z.B. Ätzen oder Abscheidung von Materialschichten, chemische oder thermochemische Behandlungen zu den Mikrowellenbehandlungen. Dabei kann das zu bearbeitende Werkstück auch erwärmt und damit getrocknet oder aufgeschmolzen werden.Microwave treatments also include surface treatments of workpieces, such as etching or deposition of material layers, chemical or thermochemical treatments. The workpiece to be processed can also be heated and thus dried or melted.

Eine solche Behandlungsvorrichtung ist beispielsweise aus der US 9,860,941 B2 bekannt.Such a treatment device is known, for example, from US9,860,941 B2 known.

Nachteilig an der US 9,860,941 B2 ist, dass der aktuelle Prozessfortschritt während der Mikrowellenbehandlung nicht genau bekannt ist.Disadvantageous about the US9,860,941 B2 is that the current process progress during microwave treatment is not exactly known.

Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Werkstückbehandlungsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, durch die Werkstücke mit einer Mikrowelle behandelbar sind und bei denen der Prozessfortschritt genauer ermittelbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a workpiece treatment device and a corresponding method by means of which workpieces can be treated with a microwave and in which the process progress can be determined more precisely.

Die Aufgabe wird durch die Werkstückbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Werkstücks mit einer Mikrowelle gemäß dem Anspruch 1 und durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 30 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 29 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Werkstückbehandlungsvorrichtung.The object is achieved by the workpiece treatment device for treating a workpiece with a microwave according to claim 1 and by the method according to claim 30. Claims 2 to 29 describe advantageous developments of the workpiece treatment device.

Die Werkstückbehandlungsvorrichtung umfasst eine Signalverstärkungsanordnung, die zur Erzeugung eines Mikrowellensignals für die Bearbeitung eines Werkstücks dient. Das Mikrowellensignals hat eine Frequenz von vorzugsweise 300 MHz bis 300 GHz. Weiter vorzugsweise hat das Mikrowellensignals eine Frequenz von 2 GHz bis 10 GHz. Vorzugsweise hat das HF-Signal genau eine Frequenz (zum Beispiel 2,5 GHz) und ist weiter vorzugsweise frei von Modulationen. Die Signalverstärkungsanordnung umfasst eine Verstärkerstufe, die dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal zu verstärken. Die Signalverstärkungsanordnung umfasst einen Signalausgang, um das verstärkte HF-Signal auszugeben. An den Signalausgang ist ein Resonator anschließbar, in den das zu bearbeitende Werkstück einbringbar ist. Das zugeführte verstärkte HF-Signal wirkt innerhalb des Resonators als Mikrowelle auf das zu bearbeitende Werkstück ein. Die Werkstückbehandlungsvorrichtung umfasst außerdem eine Messeinrichtung und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise ein Prozessor (zum Beispiel Mikrocontroller) und/oder programmierbarer Logikbaustein, z.B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array). Die Verarbeitungseinrichtung kann noch einen integrierten und/oder einen externen Speicher umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgebildet, um mittels der Messeinrichtung eine werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, zu ermitteln, die in dem Resonator entsteht. Weiterhin ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um einen Verlauf einer Verschiebung dieser werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, im Betrieb zu verfolgen. So haben Untersuchungen ergeben, dass sich z.B. die Resonanzfrequenz im Betrieb der Werkstückbehandlungsvorrichtung verändert. Wird beispielsweise ein Werkstück getrocknet oder aufgeschmolzen, so verändert sich die relative Permittivität ε_r des Werkstücks. Dadurch ändert sich z.B. auch die Resonanzfrequenz innerhalb des Resonators. Auch andere werkstückspezifische Frequenzen, die erkennbar sind, können sich dadurch ändern. Bevorzugt werden Werkstücke verwendet, deren Dimensionen sich während der Mikrowellenbehandlung nicht verändern. Die Abmessungen bleiben daher bevorzugt erhalten. Daher ändert sich während der Bearbeitung das freie Volumen im Resonator nicht. Die Verarbeitungseinrichtung ist weiterhin dazu ausgebildet, um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf zu vergleichen, um in Abhängigkeit dieses Vergleichs eine Statusmeldung auszugeben, die zu einem Prozessfortschritt korrespondiert.The workpiece treatment device comprises a signal amplification arrangement which serves to generate a microwave signal for processing a workpiece. The microwave signal has a frequency of preferably 300 MHz to 300 GHz. More preferably, the microwave signal has a frequency of 2 GHz to 10 GHz. Preferably, the HF signal has exactly one frequency (for example 2.5 GHz) and is more preferably free of modulation. The signal amplification arrangement comprises an amplifier stage which is designed to amplify an HF signal. The signal amplification arrangement comprises a signal output in order to output the amplified HF signal. A resonator into which the workpiece to be processed can be introduced can be connected to the signal output. The supplied amplified HF signal acts as a microwave on the workpiece to be processed within the resonator. The workpiece treatment device also comprises a measuring device and a processing device. The processing device is preferably a processor (for example a microcontroller) and/or programmable logic module, e.g. an FPGA (Field Programmable Gate Array). The processing device can also comprise an integrated and/or an external memory. The processing device is designed to use the measuring device to determine a workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency, which arises in the resonator. Furthermore, the processing device is designed to track a course of a shift in this workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency, during operation. Studies have shown that, for example, the resonance frequency changes during operation of the workpiece treatment device. If, for example, a workpiece is dried or melted, the relative permittivity ε _r of the workpiece changes. This also changes, for example, the resonance frequency within the resonator. Other workpiece-specific frequencies that can be identified can also change as a result. Workpieces whose dimensions do not change during microwave treatment are preferably used. The dimensions are therefore preferably retained. The free volume in the resonator therefore does not change during processing. The processing device is further designed to compare the course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, with a stored workpiece-dependent course in order to output a status message depending on this comparison, which corresponds to a process progress.

Mit der werkstückspezifischen Frequenz`, insbesondere ,Resonanzfrequenz`, ist jeweils eine Frequenz gemeint, die durch den Resonator inklusive Werkstück gegeben ist. Da sich in der Regel nur die Eigenschaften des Werkstücks ändern, nicht die des Resonators, ist der Begriff werkstückspezifische Frequenz` passend.The workpiece-specific frequency, in particular the ‘resonance frequency’, is always a Frequency is meant that is given by the resonator including the workpiece. Since usually only the properties of the workpiece change, not those of the resonator, the term "workpiece-specific frequency" is appropriate.

Durch die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsvorrichtung ist es auf besonders effiziente Art und Weise möglich noch während der Behandlung des Werkstücks gezielte Aussagen über den Prozessfortschritt zu machen. Bei vielen Werkstücken, wie beispielsweise Folien, ist eine Aussage nach Abschluss des Prozesses nur schwer möglich, weil sich das Werkstück sehr schnell abkühlt. Dadurch, dass für jedes Werkstück ein werkstückabhängiger Verlauf ermittelt und gespeichert wurde, kann durch einfache Maßnahmen überprüft werden, ob sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, bei Behandlung des aktuellen Werkstücks genauso verändert wie es bei der gespeicherten werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, (für das gleiche Werkstück) der Fall ist. Abweichungen hiervon können unmittelbar, also in Echtzeit, ausgegeben werden.The workpiece treatment device according to the invention makes it possible to make specific statements about the process progress in a particularly efficient manner while the workpiece is still being treated. For many workpieces, such as foils, it is difficult to make a statement after the process has been completed because the workpiece cools down very quickly. Because a workpiece-dependent profile has been determined and stored for each workpiece, simple measures can be used to check whether the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, changes during treatment of the current workpiece in the same way as the stored workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency (for the same workpiece). Deviations from this can be output immediately, i.e. in real time.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Statusmeldung einen Fortschrittsbalken, aus dem ersichtlich ist, in welchem Umfang das Werkstück bereits bearbeitet ist. Ergänzend oder alternativ umfasst die Statusmeldung eine Prozentanzeige, aus welcher ersichtlich ist, in welchem Umfang das Werkstück bearbeitet ist. Ergänzend oder alternativ umfasst die Statusmeldung eine Zeitanzeige, aus welcher ersichtlich ist, wie lange die Bearbeitung des Werkstücks bereits andauert und/oder wie lange die Bearbeitung noch dauern wird. Dadurch ist der aktuelle Prozesszustand für einen Bediener der Werkstückbehandlungsvorrichtung unmittelbar einsehbar.In an advantageous further development, the status message includes a progress bar from which it is clear to what extent the workpiece has already been processed. In addition or alternatively, the status message includes a percentage display from which it is clear to what extent the workpiece has been processed. In addition or alternatively, the status message includes a time display from which it is clear how long the processing of the workpiece has already been going on and/or how long the processing will still take. This means that the current process status is immediately visible to an operator of the workpiece processing device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung zeigt die Statusmeldung eine Zustandsänderung in dem Resonator und/oder für das zu bearbeitende Werkstück an. Die Zustandsänderung umfasst insbesondere eine Temperaturänderung und/oder eine Aggregatszustandsänderung und/oder eine Trocknungszustandsänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung. Dadurch ist es für einen Bediener der Werkstückbehandlungsvorrichtung unmittelbar möglich auf die Restfeuchte in dem Werkstück zu schließen. In Abhängigkeit der verdampften Feuchtigkeit ändert sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz. Durch Erfassung dieser Änderung ist der aktuelle Prozessfortschritt sehr genau messbar.In an advantageous further development, the status message indicates a change in state in the resonator and/or for the workpiece to be processed. The change in state includes in particular a change in temperature and/or a change in the state of aggregation and/or a change in the state of drying and/or a change in humidity. This makes it possible for an operator of the workpiece treatment device to immediately determine the residual moisture in the workpiece. The workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, changes depending on the evaporated moisture. By recording this change, the current process progress can be measured very precisely.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Statusmeldung einen Fehlerindikator, falls eine Abweichung des verfolgten Verlaufs der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Die Abweichung kann insbesondere eine Abweichung in der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, umfassen. Korrespondiert die sich ändernde werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, nicht mehr zu einer gespeicherten werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, die sich in dem Prozess einstellen sollte, so kann ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden. Umfassen die gespeicherten werkstückabhängigen Daten beispielsweise eine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz und ändert sich die Resonanzfrequenz lediglich von 2,5 GHz auf 2,51 GHz, so kann auf einen Fehler geschlossen und ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden. Ergänzend oder alternativ kann die Abweichung auch eine Abweichung im zeitlichen Verlauf umfassen, in welchem sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, ändert. Umfassen die gespeicherten werkstückabhängigen Daten beispielsweise eine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz innerhalb von 30 Sekunden und ändert sich die Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz allerdings in 15 Sekunden, so kann auf einen Fehler geschlossen und ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden.In an advantageous development, the status message includes an error indicator if a deviation of the tracked course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, compared to the stored workpiece-dependent course reaches or exceeds a predetermined threshold value. The deviation can in particular include a deviation in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency. If the changing workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, no longer corresponds to a stored workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, that should occur in the process, a corresponding error indicator can be output. If the stored workpiece-dependent data includes, for example, a frequency change in the resonance frequency from 2.5 GHz to 2.52 GHz and the resonance frequency only changes from 2.5 GHz to 2.51 GHz, an error can be concluded and a corresponding error indicator can be output. In addition or alternatively, the deviation can also include a deviation in the temporal course in which the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, changes. For example, if the stored workpiece-dependent data includes a frequency change of the resonance frequency from 2.5 GHz to 2.52 GHz within 30 seconds and the resonance frequency changes from 2.5 GHz to 2.52 GHz within 15 seconds, an error can be concluded and a corresponding error indicator can be output.

Die Statusmeldung kann auf einem Computerbildschirm ausgegeben werden, der beispielsweise an die Verarbeitungseinrichtung angeschlossen ist. Die Statusmeldung kann auch an ein entferntes Rechnersystem übertragen werden. So kann das entfernte Rechnersystem ein Smartphone, Tablet, Laptop und/oder PC umfassen. Das entfernte Rechnersystem kann eine Webseite aufrufen, auf welcher die Statusmeldung dargestellt wird oder eine entsprechende Applikation starten, durch die die Statusmeldung aufgerufen wird. Die Statusmeldung ist insbesondere eine optische Ausgabe. Ergänzend oder alternativ kann die Statusmeldung auch akustisch ausgegeben werden. Dies gilt insbesondere für den Fehlerindikator.The status message can be displayed on a computer screen that is connected to the processing device, for example. The status message can also be transmitted to a remote computer system. The remote computer system can include a smartphone, tablet, laptop and/or PC. The remote computer system can call up a website on which the status message is displayed or start a corresponding application that calls up the status message. The status message is in particular a visual output. In addition or alternatively, the status message can also be output acoustically. This applies in particular to the error indicator.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um die Verstärkerstufe derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals und/oder den Pegel des verstärkten HF-Signals erhöht, falls der verfolgte Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, zeitlich langsamer erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf. Ändert sich der Verlauf um beispielsweise 30% langsamer als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf, so kann die Leistung des verstärkten HF-Signals zum Beispiel um 30% erhöht werden. Ergänzend oder alternativ ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um die Verstärkerstufe derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals und/oder den Pegel des verstärkten HF-Signals verringert, falls der verfolgte Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, zeitlich schneller erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf. Ändert sich der Verlauf um beispielsweise 30% schneller als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf, so kann die Leistung zum Beispiel um 30% verringert werden. In an advantageous development, the processing device is designed to control the amplifier stage in such a way that it increases the amplification of the HF signal and/or the level of the amplified HF signal if the tracked course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, occurs more slowly than the stored workpiece-dependent course. If the course changes, for example, 30% more slowly than the stored workpiece-dependent course, the power of the amplified HF signal can be increased, for example, by 30%. increased. Additionally or alternatively, the processing device is designed to control the amplifier stage in such a way that it reduces the amplification of the HF signal and/or the level of the amplified HF signal if the tracked course of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, occurs more quickly than the stored workpiece-dependent course. If the course changes, for example, 30% faster than the stored workpiece-dependent course, the power can be reduced, for example, by 30%.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um nach erfolgreicher Bearbeitung des Werkstücks und/oder für den Fall, dass eine Abweichung des verfolgten Verlaufs der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, die Verstärkerstufe abzuschalten (zum Beispiel Versorgungsspannung abschalten) und/oder derart anzusteuern, dass die Verstärkung durch diese reduziert wird. Soll sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, lediglich um 2 MHz erhöhen und erhöht sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, dagegen um 3 MHz, so kann ein entsprechender Schwellwert erreicht bzw. überschritten sein. Ergänzend oder alternativ kann ein entsprechender Schwellwert erreicht bzw. überschritten sein, wenn die Änderung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, binnen 30 Sekunden eintreten soll und bei dem aktuell zu bearbeitenden Werkstück allerdings bereits nach 20 Sekunden eingetreten ist. Ergänzend oder alternativ ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um ein Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen, wobei das Steuersignal die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst die Erzeugung des HF-Signals des verstärkten HF-Signals zu stoppen. Die Signalgeneratorvorrichtung kann Teil der Werkstückbehandlungsvorrichtung sein oder extern zur Werkstückbehandlungsvorrichtung angeordnet sein. In diesem Fall würde die Werkstückbehandlungsvorrichtung einen entsprechenden HF-Signaleingangsanschluss für das HF-Signal umfassen.In an advantageous development, the processing device is designed to switch off the amplifier stage (for example, switch off the supply voltage) and/or to control it in such a way that the amplification is reduced by it after successful processing of the workpiece and/or in the event that a deviation of the tracked course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, compared to the stored workpiece-dependent course reaches or exceeds a predetermined threshold value. If the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, is only to increase by 2 MHz and the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, increases by 3 MHz, a corresponding threshold value can be reached or exceeded. In addition or alternatively, a corresponding threshold value can be reached or exceeded if the change in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, is to occur within 30 seconds and, in the case of the workpiece currently being processed, has already occurred after 20 seconds. Additionally or alternatively, the processing device is designed to generate a control signal and to transmit it to a signal generator device, wherein the control signal causes the signal generator device to stop the generation of the RF signal of the amplified RF signal. The signal generator device can be part of the workpiece treatment device or can be arranged externally to the workpiece treatment device. In this case, the workpiece treatment device would comprise a corresponding RF signal input connection for the RF signal.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, um eine Vorwärtsleistung in Richtung des Resonators zu messen und um eine Rückwärtsleistung vom Resonator zu messen. Bevorzugt wird dabei die Vorwärtsleistung des verstärkten HF-Signals gemessen, welches in Richtung des Resonators übertragen wird. Ebenfalls kann dann die Leistung des reflektierten Anteils des verstärkten HF-Signals kommend vom Resonator gemessen werden. Dabei handelt es sich um die Rückwärtsleistung. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgebildet, um anhand der gemessenen Vorwärtsleistung und um anhand der gemessenen Rückwärtsleistung die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, zu ermitteln.In an advantageous development, a measuring device is provided which is designed to measure a forward power in the direction of the resonator and to measure a reverse power from the resonator. Preferably, the forward power of the amplified RF signal which is transmitted in the direction of the resonator is measured. The power of the reflected portion of the amplified RF signal coming from the resonator can then also be measured. This is the reverse power. The processing device is designed to determine the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, based on the measured forward power and based on the measured reverse power.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Messeinrichtung einen ersten Richtkoppler, wobei der erste Richtkoppler dazu ausgebildet ist, um die Vorwärtsleistung zu erfassen. Die Messeinrichtung umfasst weiterhin bevorzugt einen zweiten Richtkoppler, wobei der zweite Richtkoppler dazu ausgebildet ist, um die Rückwärtsleistung zu erfassen. Der erste und/oder zweite Richtkoppler sind vorzugsweise auf einer Leiterplatte aufgebaut. Die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung können über entsprechende A/D-Wandler digitalisiert werden. Diese A/D-Wandler können Bestandteil der Messeinrichtung oder der Verarbeitungseinrichtung sein.In an advantageous development, the measuring device comprises a first directional coupler, wherein the first directional coupler is designed to detect the forward power. The measuring device preferably also comprises a second directional coupler, wherein the second directional coupler is designed to detect the reverse power. The first and/or second directional coupler are preferably constructed on a circuit board. The forward power and the reverse power can be digitized via corresponding A/D converters. These A/D converters can be part of the measuring device or the processing device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei der werkstückspezifischen Frequenz das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung in einem vorgegebenen Bereich. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei der Resonanzfrequenz das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung (hin zur Vorwärtsleistung) maximal oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt. Dies bedeutet, dass die maximale Leistung in den Resonator übertragen werden kann. Die Reflexion vom Resonator zurück zur Signalverstärkungsanordnung ist in diesem Betriebszustand minimal. Dadurch, dass sich die relative Permittivität ε_r des Werkstücks während der Mikrowellenbehandlung ändert, ändert sich auch das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung. Durch Änderung der Frequenz des HF-Signals kann das Verhältnis wieder zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert werden. Ausreichende Ergebnisse werden für viele Prozesse auch dann erreicht, wenn das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist.In an advantageous further development, the ratio between forward power and reverse power is in a predetermined range at the workpiece-specific frequency. In an advantageous further development, the ratio between forward power and reverse power (towards the forward power) is maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum at the resonance frequency. This means that the maximum power can be transferred into the resonator. The reflection from the resonator back to the signal amplification arrangement is minimal in this operating state. Because the relative permittivity ε _r of the workpiece changes during the microwave treatment, the ratio between forward power and reverse power also changes. By changing the frequency of the RF signal, the ratio can be maximized again in favor of the forward power. Adequate results are also achieved for many processes when the ratio between forward power and reverse power is in a predetermined range, in particular maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Messeinrichtung dazu ausgebildet, um die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung von dem verstärkten HF-Signal zu messen. Für den Fall, dass noch ein zweites verstärktes HF-Signal dem Resonator zugeführt wird, welches eine Frequenz umfasst, die von der Frequenz des HF-Signals abweicht, kann die Messeinrichtung auch dazu ausgebildet sein, die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung für das zweite verstärkte HF-Signal zu messen. Es kann dann ermittelt werden, ob die Frequenz des verstärkten HF-Signals der entsprechenden werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, entspricht und ob die Frequenz des zweiten verstärkten HF-Signals der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, entspricht. Werden beide verstärkte HF-Signale unterschiedlichen Anschlüssen des Resonators zugeführt, so können die werkstückspezifischen Frequenzen, insbesondere Resonanzfrequenzen für die jeweiligen verstärkten HF-Signale unterschiedlich sein, weil sich aufgrund der unterschiedlichen örtlichen Zufuhr in den Resonator unterschiedliche Moden ausbilden.In an advantageous development, the measuring device is designed to measure the forward power and the reverse power of the amplified RF signal. In the event that a second amplified RF signal is fed to the resonator, which comprises a frequency that deviates from the frequency of the RF signal, the measuring device can also be designed to measure the forward power and the reverse power for the second amplified RF signal. It can then be determined whether the frequency of the amplified RF signal corresponds to the corresponding workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency. and whether the frequency of the second amplified RF signal corresponds to the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency. If both amplified RF signals are fed to different connections of the resonator, the workpiece-specific frequencies, in particular the resonance frequencies, for the respective amplified RF signals can be different because different modes are formed due to the different local feed into the resonator.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie eine Signalgeneratorvorrichtung derart ansteuert, dass die Signalgeneratorvorrichtung fortlaufend die Frequenz für das HF-Signal ändert. Dabei wird diejenige Frequenz für das HF-Signal beibehalten, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist. Die Frequenz kann anhand des gespeicherten werkstückabhängigen Verlaufs geändert werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Signalgeneratorvorrichtung die Frequenz um einen bestimmten Frequenzwert (z.B. weniger als 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz oder um weniger als 100 MHz) erhöht und/oder verringert und für die neu eingestellte Frequenz prüft, ob sich das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung verbessert hat. Ist dies der Fall, so kann die neu eingestellte Frequenz beibehalten werden. Andernfalls wird die vorherige Frequenz beibehalten. Die neue Frequenz kann bis zur Prüfung für einen kurzen Zeitraum, insbesondere für weniger als 200 ms, 100 ms, 50 ms, 10 ms oder für weniger als 1 ms eingestellt werden. Dieses Vorgehen kann in regelmäßigen Abständen, insbesondere innerhalb von 50 ms, 100 ms, 500 ms, 1 Sekunde, 2 Sekunden wiederholt werden. In an advantageous development, the processing device is designed to track the course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, during operation by controlling a signal generator device in such a way that the signal generator device continuously changes the frequency for the HF signal. The frequency for the HF signal is retained for which the ratio between forward power and reverse power is maximum or is less than 5% of the maximum value away from the maximum. The frequency can be changed based on the stored workpiece-dependent course. In principle, it is also conceivable for the signal generator device to increase and/or decrease the frequency by a certain frequency value (e.g. less than 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz or by less than 100 MHz) and to check for the newly set frequency whether the ratio between forward power and reverse power has improved in favor of the forward power. If this is the case, the newly set frequency can be retained. Otherwise, the previous frequency is maintained. The new frequency may be set for a short period of time, in particular less than 200 ms, 100 ms, 50 ms, 10 ms or less than 1 ms, until the test. This procedure may be repeated at regular intervals, in particular within 50 ms, 100 ms, 500 ms, 1 second, 2 seconds.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Messeinrichtung dazu ausgebildet, um die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung von einem HF-Messsignal zu messen, welches dem Resonator zusätzlich zu dem verstärkten HF-Signal zuführbar ist. Die Leistung des HF-Messsignals ist dabei kleiner als die Leistung des verstärkten HF-Signals, wobei die Frequenz des HF-Messsignals von der Frequenz des verstärkten HF-Signals verschieden ist. Das HF-Messsignal wird lediglich zur Bestimmung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, angelegt und dient insbesondere nicht zur Mikrowellenbearbeitung des Werkstücks. Das HF-Messsignal kann über denselben Anschluss dem Resonator zugeführt werden, über welches auch das verstärkte HF-Signal zugeführt wird. Das HF-Messsignal kann auch über einen weiteren Anschluss dem Resonator zugeführt werden. Bevorzugt ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie die Signalgeneratorvorrichtung derart ansteuert, dass diese fortlaufend die Frequenz für das HF-Messsignal ändert. Dabei wird diejenige Frequenz für das HF-Messsignal beibehalten, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist. Die Änderung kann zum Beispiel anhand eines gespeicherten werkstückabhängigen Verlaufs erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann in periodischen Abständen die Frequenz erhöht und/oder erniedrigt werden, wobei anschließend für die neu eingestellte Frequenz geprüft wird, ob sich das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung (des HF-Messsignals) ändert. In diesem Fall wird die neu eingestellte Frequenz für eine bestimmte Zeit beibehalten. Die Verarbeitungseinrichtung ist weiter dazu ausgebildet, um die Signalgeneratorvorrichtung derart anzusteuern, dass die Signalgeneratorvorrichtung die Frequenz für das HF-Signal ungefähr im selben Umfang, also insbesondere um denselben Frequenzwert, erhöht oder erniedrigt wie für das HF-Messsignal. Wird das HF-Messsignal um 1 kHz erhöht, um ein besseres Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung zu erreichen, so kann die Frequenz für das HF-Signal ebenfalls um 1 kHz erhöht werden. Dabei kann eine Abweichung von weniger als 20 %, 10 % oder um weniger als 5 % des HF-Signals vom Messignal zugelassen oder vorgegeben werden. Die Frequenzen für das HF-Signal und das HF-Messsignal sind vorzugsweise um weniger als 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz oder vorzugsweise um weniger als 10 MHz voneinander verschieden.In an advantageous development, the measuring device is designed to measure the forward power and the reverse power of an HF measurement signal that can be fed to the resonator in addition to the amplified HF signal. The power of the HF measurement signal is smaller than the power of the amplified HF signal, whereby the frequency of the HF measurement signal is different from the frequency of the amplified HF signal. The HF measurement signal is only applied to determine the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, and is in particular not used for microwave processing of the workpiece. The HF measurement signal can be fed to the resonator via the same connection via which the amplified HF signal is also fed. The HF measurement signal can also be fed to the resonator via a further connection. The processing device is preferably designed to track the course of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, during operation by controlling the signal generator device in such a way that it continuously changes the frequency for the HF measurement signal. The frequency for the HF measurement signal is retained for which the ratio between forward power and reverse power is maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum. The change can be made, for example, based on a stored workpiece-dependent curve. In addition or alternatively, the frequency can be increased and/or decreased at periodic intervals, with the newly set frequency then being checked to see whether the ratio between forward power and reverse power changes in favor of the forward power (of the HF measurement signal). In this case, the newly set frequency is retained for a certain time. The processing device is further designed to control the signal generator device in such a way that the signal generator device increases or decreases the frequency for the HF signal by approximately the same amount, i.e. in particular by the same frequency value, as for the HF measurement signal. If the HF measurement signal is increased by 1 kHz in order to achieve a better ratio between forward power and reverse power in favor of the forward power, the frequency for the HF signal can also be increased by 1 kHz. A deviation of less than 20%, 10% or less than 5% of the RF signal from the measurement signal can be permitted or specified. The frequencies for the RF signal and the RF measurement signal preferably differ from one another by less than 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz or preferably less than 10 MHz.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung einen oder mehrere in Reihe angeordnete Signalverstärker. Dabei kann es sich beispielsweise um Transistoren handeln. Der eine oder die mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärker sind dazu ausgebildet, um das HF-Signal zu verstärken.In an advantageous development, the amplifier stage of the signal amplification arrangement comprises one or more signal amplifiers arranged in series. These can be transistors, for example. The one or more signal amplifiers arranged in series are designed to amplify the RF signal.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mehrere parallel angeordnete Signalverstärker, wobei die mehreren parallel angeordneten Signalverstärker dazu ausgebildet sind, um das HF-Signal parallel zu verstärken und an mehrere Signalausgänge simultan auszugeben. Die Signalverstärker können in Form von Transistoren ausgebildet sein.In an advantageous development, the amplifier stage of the signal amplification arrangement comprises a plurality of signal amplifiers arranged in parallel, wherein the plurality of signal amplifiers arranged in parallel are designed to amplify the RF signal in parallel and to output it simultaneously to a plurality of signal outputs. The signal amplifiers can be designed in the form of transistors.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind einige oder alle der Signalausgänge mit verschiedenen Eingängen des Resonators verbindbar bzw. verbunden (wenn die Werkstückbearbeitungsvorrichtung einen Resonator umfasst). Dadurch kann ein besonders homogenes E-Feld innerhalb des Resonators erzeugt werden. Ergänzend oder alternativ kann eine Combineranordnung vorgesehen sein, über die einige oder alle der Signalausgänge mit einem gemeinsamen Eingang des Resonators verbindbar sind. Diese Combineranordnung kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein.In an advantageous further development, some or all of the signal outputs are provided with different n inputs of the resonator (if the workpiece processing device comprises a resonator). This allows a particularly homogeneous E-field to be generated within the resonator. In addition or as an alternative, a combiner arrangement can be provided via which some or all of the signal outputs can be connected to a common input of the resonator. This combiner arrangement can be designed in one or more stages.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung dazu ausgebildet, um ein zweites HF-Signal zu verstärken (welches z.B. von der Signalgeneratorvorrichtung erzeugt wird), wobei das zweite HF-Signal eine Frequenz aufweist, die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist. Dadurch können weitere Moden im Resonator angeregt werden. Das zweite verstärkte HF-Signal kann dieselbe Leistung aufweisen wie das verstärkte HF-Signal. Das zweite verstärkte HF-Signal kann auch eine geringere oder eine größere Leistung aufweisen als das verstärkte HF-Signal.In an advantageous development, the amplifier stage of the signal amplification arrangement is designed to amplify a second RF signal (which is generated, for example, by the signal generator device), the second RF signal having a frequency that is different from the frequency of the RF signal. This allows further modes to be excited in the resonator. The second amplified RF signal can have the same power as the amplified RF signal. The second amplified RF signal can also have a lower or higher power than the amplified RF signal.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Signalverstärkungsanordnung eine zweite Verstärkerstufe, die dazu ausgebildet ist, um ein zweites HF-Signal zu verstärken (welches z.B. von der Signalgeneratorvorrichtung erzeugt wird), wobei das zweite HF-Signal eine Frequenz aufweist, die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist. Die erste Verstärkerstufe und die zweite Verstärkerstufe können identisch oder verschieden aufgebaut sein. In an advantageous development, the signal amplification arrangement comprises a second amplifier stage which is designed to amplify a second RF signal (which is generated, for example, by the signal generator device), wherein the second RF signal has a frequency which is different from the frequency of the RF signal. The first amplifier stage and the second amplifier stage can be constructed identically or differently.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite verstärkte HF-Signal demselben Eingang am Resonator zuführbar wie das verstärkte HF-Signal. Werden unterschiedliche Verstärkerstufen für das HF-Signal und das zweite HF-Signal verwendet, so kann eine Combineranordnung verwendet werden, um beide verstärkte HF-Signale zusammenzufassen und demselben Eingang des Resonators zuzuführen.In an advantageous development, the second amplified RF signal can be fed to the same input on the resonator as the amplified RF signal. If different amplifier stages are used for the RF signal and the second RF signal, a combiner arrangement can be used to combine both amplified RF signals and feed them to the same input of the resonator.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um ein erstes Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen. Das erste Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe, die die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst, um das HF-Signal mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung auszugeben. Dadurch kann die Frequenz des HF-Signals (sehr schnell) im Betrieb auf den gewünschten Zielwert, für den das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw. um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist, geändert werden.In an advantageous development, the processing device is designed to generate a first frequency control signal and transmit it to a signal generator device. The first frequency control signal comprises a frequency specification that causes the signal generator device to generate the RF signal with the specified frequency and output it to the signal amplification arrangement. As a result, the frequency of the RF signal can be changed (very quickly) during operation to the desired target value for which the ratio between forward power and reverse power is maximized in favor of the forward power or is less than 5% of the maximum value away from the maximum.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um ein zweites Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen. Das zweite Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe, die die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst, um das zweite HF-Signal mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung auszugeben. Dadurch kann die Frequenz des zweiten HF-Signals (sehr schnell) im Betrieb auf den gewünschten Zielwert, für den das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw. um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist, geändert werden.In an advantageous development, the processing device is designed to generate a second frequency control signal and transmit it to a signal generator device. The second frequency control signal comprises a frequency specification that causes the signal generator device to generate the second RF signal at the specified frequency and output it to the signal amplification arrangement. As a result, the frequency of the second RF signal can be changed (very quickly) during operation to the desired target value for which the ratio between forward power and reverse power is maximized in favor of the forward power or is less than 5% of the maximum value away from the maximum.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um anhand des ersten und zweiten Frequenz-Steuersignal die Frequenz für das HF-Signal und das zweite HF-Signal im Betrieb zu ändern. Dadurch können weitere Moden im Betrieb angeregt werden. Es wird außerdem dafür gesorgt, dass das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw. um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist.In an advantageous development, the processing device is designed to change the frequency for the RF signal and the second RF signal during operation based on the first and second frequency control signals. This allows additional modes to be excited during operation. It is also ensured that the ratio between forward power and reverse power is maximized in favor of the forward power or is less than 5% of the maximum value away from the maximum.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um eine Signalgeneratorvorrichtung derart anzusteuern, dass diese die Frequenz für das HF-Signal derart ändert, dass die Frequenz der aktuellen werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, entspricht oder um weniger als 10 % davon abweicht. Dadurch kann besonders viel Leistung zur Mikrowellenbearbeitung in den Resonator übertragen werden.In an advantageous development, the processing device is designed to control a signal generator device in such a way that it changes the frequency for the RF signal in such a way that the frequency corresponds to the current workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency, or deviates from it by less than 10%. As a result, a particularly high amount of power can be transferred to the resonator for microwave processing.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein HF-Signaleingangsanschluss vorgesehen, über den der Werkstückbehandlungsvorrichtung das HF-Signal von einer Signalgeneratorvorrichtung zuführbar ist. Es kann noch weitere HF-Signaleingangsanschlüsse geben, um das zweite HF-Signal und/oder das HF-Messsignal zuzuführen. Das HF-Messsignal kann auch direkt dem Resonator zugeführt werden. Ergänzend oder alternativ umfasst die Werkstückbearbeitungsvorrichtung eine Signalgeneratorvorrichtung, wobei die Signalgeneratorvorrichtung einen Signalgenerator umfasst und wobei die Signalgeneratorvorrichtung dazu ausgebildet ist, um das HF-Signal zu erzeugen. Der Signalgenerator kann auch dazu ausgebildet sein, um das zweite HF-Signal und/oder das HF-Messsignal zu erzeugen. Alternativ dazu können weitere Signalgeneratoren verwendet werden, um das zweite HF-Signal und/oder das HF-Messsignal zu erzeugen. Diese weiteren Signalgeneratoren würden bevorzugt zu der Signalgeneratorvorrichtung gehören.In an advantageous development, an HF signal input connection is provided, via which the HF signal from a signal generator device can be fed to the workpiece treatment device. There can be further HF signal input connections to feed the second HF signal and/or the HF measurement signal. The HF measurement signal can also be fed directly to the resonator. Additionally or alternatively, the workpiece treatment device comprises a signal generator device, wherein the signal generator device comprises a signal generator and wherein the signal generator device is designed to generate the HF signal. The signal generator can also be designed to generate the second HF signal and/or the HF measurement signal. Alternatively, further signal generators can be used to generate the second HF signal and/or the HF measurement signal. These further Signal generators would preferably be part of the signal generator device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Werkstückbearbeitungsvorrichtung einen Resonator, wobei die Signalverstärkungsanordnung mit dem Resonator elektrisch, insbesondere über ein Kabel oder einen Hohlleiter verbunden ist.In an advantageous development, the workpiece processing device comprises a resonator, wherein the signal amplification arrangement is electrically connected to the resonator, in particular via a cable or a waveguide.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Signalverstärkungsanordnung dazu ausgebildet, um ein zweites HF-Signal zu verstärken, welches eine Frequenz umfasst, die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist. Der Resonator umfasst einen ersten Eingang, wobei das verstärkte HF-Signal dem Resonator an seinem ersten Eingang zuführbar ist. Der Resonator umfasst außerdem einen zweiten Eingang, wobei das zweite verstärkte HF-Signal dem Resonator an seinem zweiten Eingang zuführbar ist.In an advantageous development, the signal amplification arrangement is designed to amplify a second RF signal which has a frequency that is different from the frequency of the RF signal. The resonator has a first input, wherein the amplified RF signal can be fed to the resonator at its first input. The resonator also has a second input, wherein the second amplified RF signal can be fed to the resonator at its second input.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Resonator einen Positionierer, wobei der Positionierer Aufnahmeelemente, wie beispielsweise Bolzen und/oder Klemmen bzw. Klemmbacken umfasst, die derart angeordnet sind, dass das Werkstück lediglich in einer zulässigen Ausrichtung und/oder Winkellage in den Resonator einlegbar ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Werkstück nur in einer genau definierten Ausrichtung in den Resonator eingelegt werden kann, sodass ein Vergleich des Verlaufs der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf nicht durch eine andere Ausrichtung des Werkstücks im Resonator beeinträchtigt wird.In an advantageous development, the resonator comprises a positioner, wherein the positioner comprises receiving elements, such as bolts and/or clamps or clamping jaws, which are arranged in such a way that the workpiece can only be inserted into the resonator in a permissible orientation and/or angular position. This ensures that the workpiece can only be inserted into the resonator in a precisely defined orientation, so that a comparison of the course of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency, with respect to a stored workpiece-dependent course is not impaired by a different orientation of the workpiece in the resonator.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Mikrowellenbearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung. Diese Werkstückbehandlungsvorrichtung ist insbesondere gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele aufgebaut, wobei mittels einer Signalverstärkungsanordnung ein Mikrowellensignal aus einem zugeführten HF-Signal erzeugt werden kann. In einem ersten Verfahrensschritt wird das zu bearbeitende Werkstück in einen Resonator eingelegt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein HF-Signal verstärkt und dem Resonator zugeführt. In einem dritten Verfahrensschritt wird eine werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, ermittelt, die in dem Resonator entsteht. In einem vierten Verfahrensschritt wird ein Verlauf einer Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, verfolgt. In einem fünften Verfahrensschritt wird der Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf verglichen und eine Statusmeldung ausgegeben, die zu dem Prozessfortschritt korrespondiert.The method according to the invention is used for microwave processing of a workpiece using a workpiece processing device. This workpiece processing device is constructed in particular according to one of the previous embodiments, wherein a microwave signal can be generated from a supplied RF signal by means of a signal amplification arrangement. In a first method step, the workpiece to be processed is placed in a resonator. In a second method step, an RF signal is amplified and fed to the resonator. In a third method step, a workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency, which is generated in the resonator is determined. In a fourth method step, a course of a shift in the workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency, is tracked. In a fifth method step, the course of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency, is compared with a stored workpiece-dependent course and a status message is output which corresponds to the process progress.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:

1, 2, 3, 4: verschiedene Ausführungsbeispiele einer Werkstückbehandlungsvorrichtung mit einem Resonator;
5: ein Verhältnis zwischen Rückwärtsleistung und Vorwärtsleistung;
6, 7: Änderungen in der Resonanzfrequenz vor und nach Abschluss der Mikrowellenbehandlung;
8: einen Verlauf der Resonanzfrequenz während der Mikrowellenbehandlung;
9: ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärkern;
10: ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mit parallel angeordneten Signalverstärkern; und
11: ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung.

Various embodiments of the invention are described below by way of example with reference to the drawings. Identical objects have the same reference numerals. The corresponding figures of the drawings show in detail:

1 , 2 , 3 , 4 : various embodiments of a workpiece treatment device with a resonator;
5 : a ratio between reverse power and forward power;
6 , 7 : Changes in resonance frequency before and after completion of microwave treatment;
8th : a course of the resonance frequency during microwave treatment;
9 : an embodiment of an amplifier stage of the signal amplification arrangement with several signal amplifiers arranged in series;
10 : an embodiment of an amplifier stage of the signal amplification arrangement with parallel arranged signal amplifiers; and
11 : a method for machining a workpiece with a workpiece treatment device.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Signalverstärkungsanordnung 2. Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst eine Verstärkerstufe 3 mit einem Signalverstärker 4. Die Signalverstärkungsanordnung 2 ist dazu ausgebildet, um ein HF-Signal 5 zu verstärken. Die Signalverstärkungsanordnung umfasst einen Signalausgang 6, um das verstärkte HF-Signal 7 auszugeben. Vorzugsweise weist der Signalverstärker 4 ein Transistor auf, welcher weiter vorzugsweise in seinem linearen Bereich betrieben wird. Grundsätzlich kann die Signalverstärkungsanordnung 2 noch eine Dämpfungseinrichtung (nicht dargestellt) umfassen, um das HF-Signal 5 oder das verstärkte HF-Signal 7 um einen einstellbaren Wert zu dämpfen, damit dieses eine vorbestimmte Signalleistung umfasst. 1 shows an embodiment of a workpiece treatment device 1. The workpiece treatment device 1 comprises a signal amplification arrangement 2. The signal amplification arrangement 2 comprises an amplifier stage 3 with a signal amplifier 4. The signal amplification arrangement 2 is designed to amplify an RF signal 5. The signal amplification arrangement comprises a signal output 6 to output the amplified RF signal 7. Preferably, the signal amplifier 4 has a transistor, which is further preferably operated in its linear range. In principle, the signal amplification arrangement 2 can also comprise an attenuation device (not shown) to attenuate the RF signal 5 or the amplified RF signal 7 by an adjustable value so that it comprises a predetermined signal power.

An den Signalausgang 6 ist ein Resonator 8 angeschlossen. In den Resonator 8 ist ein zu bearbeitendes Werkstück 9 einbringbar.A resonator 8 is connected to the signal output 6. A workpiece 9 to be machined can be inserted into the resonator 8.

Weiterhin umfasst die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 eine Messeinrichtung 10 und eine Verarbeitungseinrichtung 11. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um mittels der Messeinrichtung 10 eine werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, (siehe zum Beispiel 5) zu ermitteln, die in dem Resonator 8 entsteht. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist weiter dazu ausgebildet, um einen Verlauf 28 (siehe 8) einer Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, im Betrieb der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 zu verfolgen. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um den Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 (siehe 8) zu vergleichen, um eine Statusmeldung 13 auszugeben, die zu einem Prozessfortschritt korrespondiert.Furthermore, the workpiece treatment device 1 comprises a measuring device 10 and a processing device 11. The processing device 11 is designed to determine a workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, by means of the measuring device 10 (see for example 5 ) that are in the resonator gate 8 is formed. The processing device 11 is further designed to form a course 28 (see 8th ) of a shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, during operation of the workpiece treatment device 1. The processing device 11 is designed to track the course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, compared to a stored workpiece-dependent course 27 (see 8th ) in order to output a status message 13 corresponding to a process progress.

Die Statusmeldung 13 kann auf einem Computerbildschirm 14 ausgegeben werden, der beispielsweise an die Verarbeitungseinrichtung 11 angeschlossen ist.The status message 13 can be displayed on a computer screen 14 which is connected, for example, to the processing device 11.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 kann dazu ausgebildet sein, um die Verstärkerstufe 3 derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals 5 erhöht falls der verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, zeitlich langsamer erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27. Ergänzend oder alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebildet sein, um die Verstärkerstufe 3 derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals 5 verringert falls der verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, zeitlich schneller erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27.The processing device 11 can be designed to control the amplifier stage 3 in such a way that it increases the amplification of the HF signal 5 if the tracked course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, occurs more slowly in time than the stored workpiece-dependent course 27. In addition or alternatively, the processing device 11 can be designed to control the amplifier stage 3 in such a way that it reduces the amplification of the HF signal 5 if the tracked course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, occurs more quickly in time than the stored workpiece-dependent course 27.

Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst außerdem einen HF-Signaleingangsanschluss 15, über den der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 das HF-Signal 5 von einer Signalgeneratorvorrichtung 16 zuführbar ist. In 1 ist die Signalgeneratorvorrichtung 16 kein Bestandteil der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Es ist aber möglich, dass die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 die Signalgeneratorvorrichtung 16 umfasst. Zur Erzeugung des HF-Signals 5 umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 einen Signalgenerator 17.The workpiece treatment device 1 also comprises an RF signal input connection 15, via which the RF signal 5 from a signal generator device 16 can be fed to the workpiece treatment device 1. In 1 the signal generator device 16 is not a component of the workpiece treatment device 1. However, it is possible for the workpiece treatment device 1 to comprise the signal generator device 16. To generate the HF signal 5, the signal generator device 16 comprises a signal generator 17.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um die Signalgeneratorvorrichtung 16 derart anzusteuern, dass diese die Frequenz des HF-Signals 5 auf eine bestimmte Frequenzvorgabe hin ändert. Bevorzugt soll dabei die Frequenz des HF-Signals 5 der aktuellen werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, die im Resonator 8 entsteht, entsprechen oder um weniger als 10 % davon abweichen. Hierzu kann die Verarbeitungseinrichtung 11 ein erstes Frequenz-Steuersignal erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 übertragen. Das erste Frequenz-Steuersignal kann dabei eine Frequenzvorgabe umfassen. Anhand der Frequenzvorgabe kann die Signalgeneratorvorrichtung 16 das HF-Signal 5 mit der vorgegebenen Frequenz erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 ausgeben.The processing device 11 is designed to control the signal generator device 16 in such a way that it changes the frequency of the HF signal 5 to a specific frequency specification. The frequency of the HF signal 5 should preferably correspond to the current workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, which is generated in the resonator 8, or deviate from it by less than 10%. For this purpose, the processing device 11 can generate a first frequency control signal and transmit it to the signal generator device 16. The first frequency control signal can include a frequency specification. Based on the frequency specification, the signal generator device 16 can generate the HF signal 5 with the specified frequency and output it to the signal amplification arrangement 2.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um nach erfolgreicher Bearbeitung des Werkstücks 9 die Verstärkerstufe 3 abzuschalten oder derart ansteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals 5 reduziert und/oder ein Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 zu übertragen, welches die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst die Erzeugung des HF-Signals 5 zu stoppen. Selbiges kann auch dann erfolgen, falls eine Abweichung des verfolgten Verlaufs 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Dies ist beispielsweise in 8 dargestellt.The processing device 11 is designed to switch off the amplifier stage 3 after successful processing of the workpiece 9 or to control it in such a way that it reduces the amplification of the HF signal 5 and/or to generate a control signal and transmit it to the signal generator device 16, which causes the signal generator device 16 to stop generating the HF signal 5. The same can also take place if a deviation of the tracked course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, compared to the stored workpiece-dependent course 27 reaches or exceeds a predetermined threshold value. This is the case, for example, in 8th shown.

Die Messeinrichtung 10 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine Vorwärtsleistung P_fwd in Richtung des Resonators 8 zu messen und um eine Rückwärtsleistung P_bwd vom Resonator 8 zu messen. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dann dazu ausgebildet, um anhand der gemessenen Vorwärtsleistung P_fwd und um anhand der gemessenen Rückwärtsleistung P_bwd die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, zu ermitteln. Dabei wird insbesondere die Vorwärtsleistung P_fwd und die Rückwärtsleistung P_bwd von den verstärkten HF-Signal 7 gemessen.The measuring device 10 is designed, for example, to measure a forward power P _fwd in the direction of the resonator 8 and to measure a reverse power P _bwd from the resonator 8. The processing device 11 is then designed to determine the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency 12, based on the measured forward power P _fwd and based on the measured reverse power P _bwd . In particular, the forward power P _fwd and the reverse power P _bwd from the amplified RF signal 7 are measured.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass ein HF-Messsignal erzeugt und dem Resonator 8 zugeführt wird. Die Messeinrichtung 10 kann dann die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung von dem HF-Messsignal messen. Änderungen in der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, des HF-Messsignals korrespondieren ebenfalls zum Prozessfortschritt.In principle, it is also conceivable that an HF measurement signal is generated and fed to the resonator 8. The measuring device 10 can then measure the forward power and the reverse power of the HF measurement signal. Changes in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, of the HF measurement signal also correspond to the process progress.

Bei der Resonanzfrequenz 12 ist das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung P_fwd und Rückwärtsleistung P_fwd zugunsten der Vorwärtsleistung P_fwd maximal oder weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt. In diesem Fall wird kaum Leistung aus dem Resonator 8 zurück in Richtung der Signalverstärkungsanordnung 2 reflektiert.At the resonance frequency 12, the ratio between forward power P _fwd and reverse power P _fwd is at a maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum in favor of the forward power P _fwd . In this case, hardly any power is reflected from the resonator 8 back in the direction of the signal amplification arrangement 2.

Die Messeinrichtung 10 umfasst bevorzugt einen ersten Richtkoppler 10a und einen zweiten Richtkoppler 10b. Der erste Richtkoppler 10a ist dazu ausgebildet, um die Vorwärtsleistung P_fwd des verstärkten HF-Signals 7 zu messen. Der zweite Richtkoppler 10b ist dazu ausgebildet, um die Rückwärtsleistung P_bwd des verstärkten HF-Signals 7 zu messen.The measuring device 10 preferably comprises a first directional coupler 10a and a second directional coupler 10b. The first directional coupler 10a is designed to measure the forward power P _fwd of the amplified RF signal 7. The second directional coupler 10b is designed to measure the reverse power P _bwd of the amplified RF signal 7.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um den Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie die Signalgeneratorvorrichtung 16 derart ansteuert, dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 fortlaufend die Frequenz für das HF-Signal 5 ändert. Dabei kann dann diejenige Frequenz für das HF-Signal 5 beibehalten werden, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung P_fwd und Rückwärtsleistung P_bwd zu Gunsten der Vorwärtsleistung P_fwd maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist.The processing device 11 is designed to track the course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular the resonance frequency 12, during operation by controlling the signal generator device 16 in such a way that the signal generator device 16 continuously changes the frequency for the HF signal 5. The frequency for the HF signal 5 can then be maintained for which the ratio between forward power P _fwd and reverse power P _bwd is maximum in favor of the forward power P _fwd or is less than 5% of the maximum value away from the maximum.

Vorzugsweise ist noch ein Zirkulator 25 vorgesehen. Der Zirkulator 25 ist bevorzugt zwischen der Signalverstärkungsanordnung 2 und der Messeinrichtung 10 angeordnet. Er ist dazu ausgebildet, um die Rückwärtsleistung P_bwd in einen Sumpf 26 abzuleiten, sodass diese nicht auf die Signalverstärkungsanordnung 2 trifft. Der zweite Richtkoppler 10b könnte auch zwischen dem Zirkulator 25 und dem Sumpf 26 angeordnet sein. Dagegen soll der Zirkulator 25 weiterhin derart ausgebildet sein, dass dieser das verstärkte HF-Signal 7 von der Signalverstärkungsanordnung 2 in Richtung des Resonators 8 leitet.Preferably, a circulator 25 is also provided. The circulator 25 is preferably arranged between the signal amplification arrangement 2 and the measuring device 10. It is designed to divert the reverse power P _bwd into a sump 26 so that it does not hit the signal amplification arrangement 2. The second directional coupler 10b could also be arranged between the circulator 25 and the sump 26. In contrast, the circulator 25 should also be designed such that it directs the amplified RF signal 7 from the signal amplification arrangement 2 in the direction of the resonator 8.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Im Unterschied zu 1 ist die Signalgeneratorvorrichtung 16 Bestandteil der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. 2 shows another embodiment of the workpiece treatment device 1. In contrast to 1 the signal generator device 16 is part of the workpiece treatment device 1.

Dargestellt ist ebenfalls ein Beispiel, wie eine Feldverteilung eines E-Felds 18 im Resonator 8 aussehen kann. Dunklere Bereiche symbolisieren eine höhere Feldstärke für das E-Feld 18 als hellere Bereiche. Die Feldverteilung sieht bei einer anderen Resonanzfrequenz 12 und/oder einem anderen zu bearbeitenden Werkstück 9 anders aus. Die Feldverteilung ändert sich ebenfalls mit zunehmendem Prozessfortschritt. So können Bereiche mit einer höheren Feldstärke für das E-Feld 18 dort entstehen, wo einige Sekunden vorher Bereiche mit einer niedrigeren Feldstärke zu finden waren.Also shown is an example of what a field distribution of an E-field 18 in the resonator 8 can look like. Darker areas symbolize a higher field strength for the E-field 18 than lighter areas. The field distribution looks different with a different resonance frequency 12 and/or a different workpiece 9 to be processed. The field distribution also changes as the process progresses. For example, areas with a higher field strength for the E-field 18 can arise where areas with a lower field strength were found a few seconds previously.

Weiterhin ist ein Ausführungsbeispiel für die Statusmeldung 13 dargestellt. Die Statusmeldung 13 umfasst einen Fortschrittsbalken, aus dem ersichtlich ist, in welchem Umfang das Werkstück 9 bereits bearbeitet ist. Die Statusmeldung 13 umfasst ebenfalls eine Prozentanzeige, aus welcher ersichtlich ist, in welchem Umfang das Werkstück 9 bereits bearbeitet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Bearbeitung zu 48 % des Endzustands erfolgt.Furthermore, an embodiment of the status message 13 is shown. The status message 13 includes a progress bar from which it is clear to what extent the workpiece 9 has already been processed. The status message 13 also includes a percentage display from which it is clear to what extent the workpiece 9 has already been processed. In this embodiment, the processing has been completed to 48% of the final state.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Im Unterschied zu 2 umfasst die Statusmeldung 13 eine Zeitanzeige, aus welcher ersichtlich ist, wie lange die Bearbeitung des Werkstücks 9 bereits andauert und/oder wie lange die Bearbeitung noch dauern wird. In diesem Ausführungsbeispiel dauert die Bearbeitung des Werkstücks 9 seit 20 Sekunden an und wird voraussichtlich noch 45 Sekunden dauern. 3 shows another embodiment of the workpiece treatment device 1. In contrast to 2 the status message 13 includes a time display from which it can be seen how long the processing of the workpiece 9 has already been going on and/or how long the processing will still take. In this exemplary embodiment, the processing of the workpiece 9 has been going on for 20 seconds and is expected to take another 45 seconds.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Statusmeldung 13 eine Zustandsänderung in dem Resonator 8 und/oder für das zu bearbeitende Werkstück 9 anzeigt. Bei der Zustandsänderung kann es sich um eine Temperaturänderung, eine Aggregatszustandsänderung, eine Trocknungszustandsänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung handeln. In 3 ist dargestellt, dass eine Temperaturänderung um 60 K stattgefunden hat.In principle, it is also conceivable that the status message 13 indicates a change in state in the resonator 8 and/or for the workpiece 9 to be processed. The change in state can be a change in temperature, a change in state of aggregation, a change in state of drying and/or a change in humidity. In 3 It is shown that a temperature change of 60 K has occurred.

Außerdem umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 einen zweiten Signalgenerator 21, der dazu ausgebildet ist, um ein zweites HF-Signal 19 zu erzeugen. Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine zweite Verstärkerstufe 22, der das zweite HF-Signal 19 zugeführt wird und die dazu ausgebildet ist, um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken.In addition, the signal generator device 16 comprises a second signal generator 21, which is designed to generate a second RF signal 19. The signal amplification arrangement 2 in this embodiment comprises a second amplifier stage 22, to which the second RF signal 19 is fed and which is designed to amplify the second RF signal 19.

Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst außerdem einen zweiten Signalausgang 23, an dem das zweite verstärkte HF-Signal 20 ausgegeben wird. Gepunktet dargestellt sind in 3 Messleitungen und Steuerleitungen für das zweite HF-Signal 19.The signal amplification arrangement 2 also comprises a second signal output 23, at which the second amplified RF signal 20 is output. Shown in dotted lines are 3 Measuring lines and control lines for the second RF signal 19.

Weiterhin umfasst der Resonator 8 in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Eingang 8a und einen zweiten Eingang 8b. Dem ersten Eingang 8a wird das verstärkte HF-Signal 7 zugeführt. Dem zweiten Eingang 8b wird das zweite verstärktes HF-Signal 20 oder ein HF-Messsignal zugeführt. Dadurch werden verschiedene Moden innerhalb des Resonators 8 angeregt. Zu erkennen ist, dass sich die Feldverteilung für das E-Feld 18 geändert hat und weitere Bereiche mit einer höheren Feldstärke hinzugekommen sind.Furthermore, the resonator 8 in this embodiment comprises a first input 8a and a second input 8b. The amplified RF signal 7 is fed to the first input 8a. The second amplified RF signal 20 or an RF measurement signal is fed to the second input 8b. This excites various modes within the resonator 8. It can be seen that the field distribution for the E-field 18 has changed and further areas with a higher field strength have been added.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um ein zweites Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 und innerhalb dieser an den zweiten Signalgenerator 21 zu übertragen. Das zweite Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe, die die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst, um das zweite HF-Signal 19 mit einer vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 auszugeben.The processing device 11 is designed to generate a second frequency control signal and to transmit it to the signal generator device 16 and within this to the second signal generator 21. The second frequency control signal comprises a frequency specification which causes the signal generator device 16 to generate the second RF signal 19 with a predetermined frequency and to output it to the signal amplification arrangement 2.

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um mittels des ersten und zweiten Frequenz-Steuersignals die Frequenz für das HF-Signal 5 und das zweite HF-Signal 19 im Betrieb fortlaufend und unabhängig voneinander zu ändern.The processing device 11 is designed to use the first and second frequency control signals to determine the frequency for the RF signal 5 and the second RF signal 19 change continuously and independently of each other during operation.

Für den Fall, dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 ein HF-Messsignal anstelle des zweiten HF-Signals 19 erzeugt, kann das HF-Messsignal direkt dem zweiten Eingang 8b des Resonators 8 unter Umgehung der Signalverstärkungsanordnung 2 zugeführt werden. Es ist auch denkbar, dass das HF-Messsignal über die Signalverstärkungsanordnung 2 dem zweiten Eingang 8b des Resonators 8 zugeführt wird, wobei die Verstärkung des HF-Messsignal durch die Signalverstärkungsanordnung 2 minimal gehalten oder ausgeschaltet ist.In the event that the signal generator device 16 generates an RF measurement signal instead of the second RF signal 19, the RF measurement signal can be fed directly to the second input 8b of the resonator 8, bypassing the signal amplification arrangement 2. It is also conceivable that the RF measurement signal is fed to the second input 8b of the resonator 8 via the signal amplification arrangement 2, wherein the amplification of the RF measurement signal by the signal amplification arrangement 2 is kept to a minimum or switched off.

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn die Messeinrichtung 10 die Vorwärtsleistung P_fwd und die Rückwärtsleistung P_bwd von einem der beiden verstärkten HF-Signale 7, 20 misst. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 10 noch einen dritten Richtkoppler 10c und einen vierten Richtkoppler 10d. Der dritte Richtkoppler 10c ist dazu ausgebildet, um die Vorwärtsleistung P_{fwd_2} des zweiten verstärkten HF-Signals 20 zu messen. Der vierte Richtkoppler 10d ist dazu ausgebildet, um die Rückwärtsleistung P_{bwd_2} des zweiten verstärkten HF-Signals 20 zu messen. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um auch eine Resonanzfrequenz 12 anhand der Vorwärtsleistung P_{fwd_2} und der Rückwärtsleistung P_{bwd_2} des zweiten verstärkten HF-Signals 20 zu ermitteln.In principle, it is sufficient if the measuring device 10 measures the forward power P _fwd and the reverse power P _bwd of one of the two amplified RF signals 7, 20. In this exemplary embodiment, the measuring device 10 also comprises a third directional coupler 10c and a fourth directional coupler 10d. The third directional coupler 10c is designed to measure the forward power P _{fwd_2} of the second amplified RF signal 20. The fourth directional coupler 10d is designed to measure the reverse power P _{bwd_2} of the second amplified RF signal 20. The processing device 11 is also designed to determine a resonance frequency 12 based on the forward power P _{fwd_2} and the reverse power P _{bwd_2} of the second amplified RF signal 20.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2 sowohl das HF-Signal 5 als auch das zweite HF-Signal 19 verstärkt. Die Verstärkerstufe 3 arbeitet in diesem Fall vorzugsweise breitbandig bzw. die Frequenzen des HF-Signals 5 und des zweiten HF-Signals 19 liegen derart nahe beieinander, dass beide HF-Signale 5, 19 verzerrungsfrei durch die Verstärkerstufe 3 verstärkt werden können.In principle, it is also conceivable that the amplifier stage 3 of the signal amplification arrangement 2 amplifies both the RF signal 5 and the second RF signal 19. In this case, the amplifier stage 3 preferably operates in a broadband manner, or the frequencies of the RF signal 5 and the second RF signal 19 are so close to one another that both RF signals 5, 19 can be amplified by the amplifier stage 3 without distortion.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Wie auch in 3 umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 in 4 einen Signalgenerator 17 und einen zweiten Signalgenerator 21. Der Signalgenerator 17 ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal 5 zu erzeugen. Der zweite Signalgenerator 21 ist dazu ausgebildet, um das zweite HF-Signal 19 oder ein HF-Messsignal zu erzeugen. Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst eine Verstärkerstufe 3 und eine zweite Verstärkerstufe 22. Die Verstärkerstufe 3 ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal 5 zu verstärken und als verstärktes HF-Signal 7 am Signalausgang 6 auszugeben. Die zweite Verstärkerstufe 22 ist dazu ausgebildet, um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken und als zweites verstärktes HF-Signal 20 am zweiten Signalausgang 23 auszugeben. 4 shows another embodiment of the workpiece treatment device 1. As in 3 comprises the signal generator device 16 in 4 a signal generator 17 and a second signal generator 21. The signal generator 17 is designed to generate the RF signal 5. The second signal generator 21 is designed to generate the second RF signal 19 or an RF measurement signal. The signal amplification arrangement 2 comprises an amplifier stage 3 and a second amplifier stage 22. The amplifier stage 3 is designed to amplify the RF signal 5 and output it as an amplified RF signal 7 at the signal output 6. The second amplifier stage 22 is designed to amplify the second RF signal 19 and output it as a second amplified RF signal 20 at the second signal output 23.

Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Combineranordnung 24. Der Signalausgang 6 und der zweite Signalausgang 23 sind mit der Combineranordnung 24 verbunden und werden über die Combineranordnung 24 mit einem gemeinsamen Eingang 8a des Resonators 8 verbunden. Die Messeinrichtung 10 ist an der gemeinsamen Verbindung zwischen der Combineranordnung 24 und dem Resonator 8 angeordnet und kann das verstärkte HF-Signal 7 und/oder das zweite verstärkte HF-Signal 20 bzgl. der Vorwärtsleistung und der Rückwärtsleistung messen. Grundsätzlich könnte die Messeinrichtung 10 noch über eine Filteranordnung verfügen, um lediglich ein verstärktes HF-Signal 7, 20 oder beide verstärkte HF-Signale 7, 20 getrennt voneinander zu messen.The workpiece treatment device 1 comprises a combiner arrangement 24. The signal output 6 and the second signal output 23 are connected to the combiner arrangement 24 and are connected via the combiner arrangement 24 to a common input 8a of the resonator 8. The measuring device 10 is arranged on the common connection between the combiner arrangement 24 and the resonator 8 and can measure the amplified RF signal 7 and/or the second amplified RF signal 20 with respect to the forward power and the reverse power. In principle, the measuring device 10 could also have a filter arrangement in order to measure only one amplified RF signal 7, 20 or both amplified RF signals 7, 20 separately from one another.

In 4 ist außerdem die Statusmeldung 13 dargestellt, die einen Fehlerindikator umfasst. Der Fehlerindikator gibt an, dass eine Abweichung des verfolgten Verlaufs 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Diese Abweichung kann eine Abweichung in der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, oder im zeitlichen Verlauf umfassen, in welchen sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, ändert.In 4 the status message 13 is also shown, which includes an error indicator. The error indicator indicates that a deviation of the tracked course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, compared to the stored workpiece-dependent course 27 reaches or exceeds a predetermined threshold value. This deviation can include a deviation in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, or in the temporal course in which the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, changes.

Grundsätzlich kann ein Signalgenerator 17 verwendet werden, der dazu ausgebildet ist, um alle HF-Signale 5, 19, also das HF-Signal 5, das zweite HF-Signal 19 und das HF-Messsignal zu erzeugen. Bevorzugt werden allerdings separate Signalgeneratoren 17, 21 verwendet, um die jeweiligen HF-Signale 5, 19 zu erzeugen.In principle, a signal generator 17 can be used which is designed to generate all the RF signals 5, 19, i.e. the RF signal 5, the second RF signal 19 and the RF measurement signal. However, separate signal generators 17, 21 are preferably used to generate the respective RF signals 5, 19.

5 zeigt eine S-Parametermessung für den Parameter S₁₁. Diese gibt die Höhe der Rückwärtsleistung über einen bestimmten Frequenzbereich an. Zu erkennen ist, dass unterschiedliche Resonanzen in dem Resonator 8 ausgebildet werden können. Überall dort, wo die Rückwärtsleistung einen niedrigen Wert hat wird ein besonders hoher Anteil des verstärkten HF-Signals 7 in den Resonator übertragen. Das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung für das verstärkte HF-Signal 7 ist an diesen Stellen zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximal oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt. Eingezeichnet ist eine mögliche Resonanzfrequenz 12, wobei die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebildet ist, um die Signalgeneratorvorrichtung 6 derart anzusteuern, dass diese das HF-Signal 5 mit der entsprechenden Resonanzfrequenz 12 erzeugt. 5 shows an S-parameter measurement for the parameter S ₁₁ . This indicates the level of the reverse power over a certain frequency range. It can be seen that different resonances can be formed in the resonator 8. Wherever the reverse power has a low value, a particularly high proportion of the amplified RF signal 7 is transmitted into the resonator. The ratio between forward power and reverse power for the amplified RF signal 7 is at these points in favor of the forward power at a maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum. A possible resonance frequency 12 is shown, wherein the processing device 11 is designed to control the signal generator device 6 such that it generates the RF signal 5 with the corresponding resonance frequency 12.

6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 5 gepunktet eingezeichneten Bereichs. Die Resonanzfrequenz 12 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel bei 2,5 GHz. Weiterhin findet für den Fall, dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 das HF-Signal 5 mit einer Frequenz erzeugt, die der Resonanzfrequenz 12 entspricht, eine Feldverteilung des E-Felds 18 statt, wie diese eingezeichnet ist. Eine derartige Feldverteilung des E-Felds 18 kann zu Beginn der Mikrowellenbearbeitung vorliegen. Durch Bearbeitung des Werkstücks 9 kommt es zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz 12 und einer sich ändernden Feldverteilung des E-Felds 18, wie diese in 7 eingezeichnet ist. 6 shows an enlarged section of the 5 dotted area. The resonance frequency 12 is 2.5 GHz in this embodiment. Furthermore, if the signal generator device 16 generates the RF signal 5 with a frequency that corresponds to the resonance frequency 12, a field distribution of the E-field 18 takes place, as shown. Such a field distribution of the E-field 18 can be present at the beginning of the microwave processing. By processing the workpiece 9, a shift in the resonance frequency 12 and a changing field distribution of the E-field 18 occur, as shown in 7 is marked.

7 zeigt ein Ende der Mikrowellenbearbeitung für das Werkstück. Die Resonanzfrequenz hat sich hin zu 2,505 GHz verschoben. Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um einen Verlauf 28 dieser Verschiebung der Resonanzfrequenz 12 im Betrieb zu verfolgen. Hierzu ist die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebildet, um ein erstes Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 zu übertragen, wobei das erste Frequenz-Steuersignal eine Frequenzvorgabe umfasst, die die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst, um das HF-Signal 5 mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 auszusenden. Die Frequenzvorgabe entspricht dabei dem jeweils aktuellen Wert der sich ändernden Resonanzfrequenz 12 bzw. ist um weniger als 10 % davon entfernt. 7 shows an end of the microwave processing for the workpiece. The resonance frequency has shifted to 2.505 GHz. The processing device 11 is designed to track a course 28 of this shift of the resonance frequency 12 during operation. For this purpose, the processing device 11 is designed to generate a first frequency control signal and to transmit it to the signal generator device 16, wherein the first frequency control signal comprises a frequency specification that causes the signal generator device 16 to generate the RF signal 5 with the specified frequency and to transmit it to the signal amplification arrangement 2. The frequency specification corresponds to the current value of the changing resonance frequency 12 or is less than 10% away from it.

8 zeigt einen beispielhaften gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einer Resonanzfrequenz 12. Dieser gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27 ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Der durch die Verarbeitungseinrichtung 11 zusammen mit der Messeinrichtung 10 verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der Resonanzfrequenz 12 ist in einer gestrichelten Linie dargestellt. Ab einer bestimmten Zeit beginnt der verfolgte Verlauf 28 der Resonanzfrequenz 12 von dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 abzuweichen. Diese Frequenzabweichung, Δf, erreicht ab einem bestimmten Zeitpunkt einen Schwellwert bzw. überschreitet diesen. In diesem Fall erhöht sich die Frequenz des verfolgten Verlaufs 28 der Resonanzfrequenz 12 zu stark. Bevorzugt wird in diesem Fall eine Statusmeldung 13 ausgegeben, die einen Fehlerindikator umfasst. 8th shows an example of a stored workpiece-dependent curve 27 of a resonance frequency 12. This stored workpiece-dependent curve 27 is shown with a solid line. The curve 28 of the shift of the resonance frequency 12 tracked by the processing device 11 together with the measuring device 10 is shown with a dashed line. From a certain time, the tracked curve 28 of the resonance frequency 12 begins to deviate from the stored workpiece-dependent curve 27. This frequency deviation, Δf, reaches a threshold value or exceeds it from a certain point in time. In this case, the frequency of the tracked curve 28 of the resonance frequency 12 increases too much. In this case, a status message 13 is preferably output which includes an error indicator.

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2. Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst in diesem Fall mehrere in Reihe angeordnete Signalverstärker 4, wobei die mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärker 4 dazu ausgebildet sind, um das HF-Signal 5 bzw. um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken. 9 shows an embodiment of the amplifier stage 3 of the signal amplification arrangement 2. The signal amplification arrangement 2 in this case comprises several signal amplifiers 4 arranged in series, wherein the several signal amplifiers 4 arranged in series are designed to amplify the RF signal 5 or the second RF signal 19.

10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2 mit parallel angeordneten Signalverstärkern 4. Die mehreren parallel angeordneten Signalverstärker 4 sind dazu ausgebildet, um das HF-Signal 5 parallel zu verstärken und optional an mehrere Signalausgänge 6, 23 auszugeben. Diese Signalausgänge 6, 23 sind in 10 über eine Combineranordnung 24 zusammengefasst. Zuvor kann das HF-Signal 5 mit einer Splitteranordnung 29 aufgeteilt und den jeweiligen Signalverstärker 4 zugeführt werden. 10 shows an embodiment of the amplifier stage 3 of the signal amplification arrangement 2 with parallel arranged signal amplifiers 4. The several parallel arranged signal amplifiers 4 are designed to amplify the RF signal 5 in parallel and optionally output it to several signal outputs 6, 23. These signal outputs 6, 23 are in 10 combined via a combiner arrangement 24. The RF signal 5 can be split beforehand using a splitter arrangement 29 and fed to the respective signal amplifier 4.

11 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bearbeitung des Werkstücks 9 mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung 1. Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 ist insbesondere gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele aufgebaut, wobei mittels der Signalverstärkungsanordnung 2 das Mikrowellensignal aus dem zugeführten HF-Signal 5 erzeugt werden kann. In einem ersten Verfahrensschritt S₁ wird das zu bearbeitende Werkstück 9 in den Resonator 8 eingelegt. In einem zweiten Verfahrensschritt S₂ wird das HF-Signal 5 verstärkt und dem Resonator 8 zugeführt. In einem dritten Verfahrensschritt S₃ wird die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, ermittelt, die in dem Resonator 8 entsteht. In einem vierten Verfahrensschritt S₄ wird der Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, verfolgt. In einem fünften Verfahrensschritt S₅ wird der Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz 12, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 verglichen und eine Statusmeldung 13 ausgegeben, die zu dem Prozessfortschritt korrespondiert. 11 shows a flow chart for a method for machining the workpiece 9 with a workpiece treatment device 1. The workpiece treatment device 1 is constructed in particular according to one of the previous embodiments, wherein the microwave signal can be generated from the supplied RF signal 5 by means of the signal amplification arrangement 2. In a first method step S ₁ , the workpiece 9 to be machined is placed in the resonator 8. In a second method step S _2, the RF signal 5 is amplified and fed to the resonator 8. In a third method step S ₃ , the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, which arises in the resonator 8, is determined. In a fourth method step S ₄ , the course 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, is tracked. In a fifth method step S ₅ , the curve 28 of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency 12, is compared with the stored workpiece-dependent curve 27 and a status message 13 is output which corresponds to the process progress.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.The invention is not limited to the embodiments. Within the scope of the invention, all described and/or drawn features can be combined with one another as desired.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: WerkstückbehandlungsvorrichtungWorkpiece treatment device
22: SignalverstärkungsanordnungSignal amplification arrangement
33: VerstärkerstufeAmplifier stage
44: SignalverstärkerSignal amplifier
55: HF-SignalRF signal
66: SignalausgangSignal output
77: verstärktes HF-Signalamplified RF signal
88th: ResonatorResonator
8a, 8b8a, 8b: Erster, zweiter Eingang ResonatorFirst, second input resonator
99: Zu bearbeitendes WerkstückWorkpiece to be machined
1010: MesseinrichtungMeasuring device
10a, 10b, 10c, 10d10a, 10b, 10c, 10d: Erster, zweiter, dritter, vierter Richt-kopplerFirst, second, third, fourth directional coupler
1111: VerarbeitungseinrichtungProcessing facility
1212: ResonanzfrequenzResonance frequency
1313: StatusmeldungStatus message
1414: ComputerbildschirmComputer screen
1515: HF-SignaleingangsanschlussRF signal input connector
1616: SignalgeneratorvorrichtungSignal generator device
1717: SignalgeneratorSignal generator
1818: E-FeldE-field
1919: Zweites HF-SignalSecond RF signal
2020: Zweites verstärktes HF-SignalSecond amplified RF signal
2121: Zweiter SignalgeneratorSecond signal generator
2222: Zweite VerstärkerstufeSecond amplifier stage
2323: Zweiter SignalausgangSecond signal output
2424: CombineranordnungCombiner arrangement
2525: ZirkulatorCirculator
2626: Sumpfswamp
2727: Gespeicherter werkstückabhängiger VerlaufSaved workpiece-dependent history
2828: Verfolgter VerlaufFollowed course
2929: SplitteranordnungSplitter arrangement
S1, S2, S3, S4, S5S1, S2, S3, S4, S5: VerfahrensschritteProcess steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 9860941 B2 [0004, 0005]

Claims

Workpiece treatment device (1) with a signal amplification arrangement (2) for generating a microwave signal for machining a workpiece (9), with the following features: - the signal amplification arrangement (2) comprises an amplifier stage (3) which is designed to amplify an RF signal (5) to an amplified RF signal (7); - the signal amplification arrangement (2) comprises a signal output (6) to output the amplified RF signal (7), wherein a resonator (8) into which the workpiece (9) to be machined can be introduced can be connected to the signal output (6); - the signal amplification arrangement (2) comprises a measuring device (10) and a processing device (11), wherein the processing device (11) is designed to use the measuring device (10) to determine a workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency (12), which arises in the resonator (8); - the processing device (11) is further designed to track a course (28) of a shift in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), during operation; - the processing device (11) is designed to compare the course of the shift (28) in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), with a stored workpiece-dependent course (27) and is further designed to output a status message (13) that corresponds to a process progress.

Workpiece treatment device (1) according to Claim 1 , characterized by the following features: - the status message (13) comprises a progress bar from which it is clear to what extent the workpiece (9) has already been processed; and/or - the status message (13) comprises a percentage display from which it is clear to what extent the workpiece (9) has already been processed; and/or - the status message (13) comprises a time display from which it is clear how long the processing of the workpiece (9) has already lasted and/or how long the processing will still take.

Workpiece treatment device (1) according to Claim 1 or 2 , characterized by the following feature: - the status message (13) indicates a change in status in the resonator (8) and/or the workpiece to be machined (9).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 3 , characterized by the following feature: - the change of state comprises at least one of the following changes: a) a change in temperature; b) a change in state of aggregation; c) a change in state of drying; d) a change in humidity.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the status message (13) comprises an error indicator if a deviation of the tracked course (28) of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), compared to the stored workpiece-dependent course (27) reaches or exceeds a predetermined threshold value.

Workpiece treatment device (1) according to Claim 5 , characterized by the following feature: - the deviation comprises at least one of the following deviations: a) a deviation in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12); b) a deviation in the temporal course (28) in which the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), changes.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - the processing device (11) is designed to a) control the amplifier stage (3) in such a way that it increases the amplification of the HF signal (5) and/or the level of the amplified HF signal (7) if the tracked course (28) of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), occurs more slowly in time than the stored workpiece-dependent course; and/or b) control the amplifier stage (3) in such a way that it reduces the amplification of the HF signal (5) and/or the level of the amplified HF signal (7) if the tracked course (28) of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), occurs more quickly in time than the stored workpiece-dependent (27) course.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - the processing device (11) is designed to a) after successful processing of the workpiece (9); and/or b) in the event that a deviation of the tracked Course (28) of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), reaches or exceeds a predetermined threshold value compared to the stored workpiece-dependent course (27), the amplifier stage (3) is: i) switched off; and/or ii) controlled in such a way that it reduces the amplification; and/or - the processing device (11) is designed to: a) after successful machining of the workpiece (9); and/or b) in the event that a deviation of the tracked course (28) of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), reaches or exceeds a predetermined threshold value compared to the stored workpiece-dependent course (27), generate a control signal and transmit it to a signal generator device (16), wherein the control signal causes the signal generator device (16) to stop the generation of the HF signal (5) and/or the amplified HF signal (7).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - the measuring device (10) is designed to measure a forward power in the direction of the resonator (8) and to measure a reverse power from the resonator (8); - the processing device (11) is designed to determine the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), on the basis of the measured forward power and the measured reverse power.

Workpiece treatment device (1) according to Claim 9 , characterized by the following features: - the measuring device (10) comprises a first directional coupler (10a), wherein the first directional coupler (10a) is designed to detect the forward power; - the measuring device (10) comprises a second directional coupler (10b), wherein the second directional coupler (10b) is designed to detect the reverse power.

Workpiece treatment device (1) according to Claim 9 or 10 , characterized by the following feature: - at the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), the ratio between forward power and reverse power is within a predetermined range, in particular maximum or less than 5% of the maximum value from the maximum.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the measuring device (10) is designed to measure the forward power and the reverse power of the amplified RF signal (7).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the processing device (11) is designed to track the course (28) of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), during operation by controlling a signal generator device (16) such that the signal generator device (16) continuously changes the frequency for the HF signal (5), wherein the frequency for the HF signal (5) is maintained for which the ratio between forward power and reverse power is maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum.

Workpiece treatment device (1) according to one of the Claims 9 until 13 , characterized by the following feature: - the measuring device (10) is designed to measure the forward power and the reverse power of an RF measuring signal which can be fed to the resonator (8) in addition to the amplified RF signal (7), wherein the power of the RF measuring signal is smaller than the power of the amplified RF signal (7) and wherein the frequency of the RF measuring signal is different from the frequency of the amplified RF signal (7).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 14 , characterized by the following features: - the processing device (11) is designed to track the course (28) of the shift of the workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12), during operation by controlling a signal generator device (16) in such a way that the signal generator device (16) continuously changes the frequency for the HF measurement signal, wherein the frequency for the HF measurement signal is maintained for which the ratio between forward power and reverse power is in a predetermined range, in particular maximum or less than 5% of the maximum value away from the maximum; - the processing device (11) is in particular further designed to control the signal generator device (16) in such a way that the signal generator device (16) increases or decreases the frequency for the HF signal (5) to approximately the same extent as for the HF measurement signal.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the amplifier stage (3) of the signal amplification arrangement (2) comprises one or more signal amplifiers (4) arranged in series, wherein the one or more signal amplifiers (4) arranged in series is/are designed to amplify the RF signal (5).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the amplifier stage (3) of the signal amplification arrangement (2) comprises a plurality of signal amplifiers (4) arranged in parallel, wherein the plurality of signal amplifiers (4) arranged in parallel are designed to amplify the RF signal (5) in parallel and to output it to a plurality of signal outputs (6, 23).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 17 , characterized by the following feature: - some or all of the signal outputs (6, 23) can be connected to different inputs (8a, 8b) of the resonator (8); and/or - a combiner arrangement (24) is provided and some or all of the signal outputs (6, 23) can be connected to a common input (8a) of the resonator (8) via the combiner arrangement (24).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the amplifier stage (3) of the signal amplification arrangement (2) is designed to amplify a second RF signal (19), wherein the second RF signal (19) has a frequency which is different from the frequency of the RF signal (5).

Workpiece treatment device (1) according to one of the Claims 1 until 18 , characterized by the following feature: - the signal amplification arrangement (2) comprises a second amplifier stage (3) which is designed to amplify a second RF signal (19), wherein the second RF signal (19) has a frequency which is different from the frequency of the RF signal (5).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 19 or 20 , characterized by the following feature: - the second amplified RF signal (20) can be fed to the same input (8a) of the resonator (8) as the amplified RF signal (7); or - the second amplified RF signal (20) can be fed to a further input (8b) of the resonator (8).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the processing device (11) is designed to generate a first frequency control signal and to transmit it to a signal generator device (16), wherein the first frequency control signal comprises a frequency specification which causes the signal generator device (16) to generate the RF signal (5) with the specified frequency and to output it to the signal amplification arrangement (2).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the processing device (11) is designed to generate a second frequency control signal and to transmit it to a signal generator device (16), wherein the second frequency control signal comprises a frequency specification which causes the signal generator device (16) to generate a second RF signal (19) with the specified frequency and to output it to the signal amplification arrangement (2).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 22 and 23 , characterized by the following feature: - the processing device (11) is designed to change the frequency for the RF signal (5) and the second RF signal (19) during operation based on the first and second frequency control signals.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the processing device (11) is designed to control a signal generator device (16) such that it changes the frequency for the RF signal (5) such that the frequency corresponds to the current workpiece-specific frequency, in particular resonance frequency (12) or deviates therefrom by less than 10%.

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - an HF signal input connection (15) is provided, via which the HF signal (5) from a signal generator device (16) can be fed to the workpiece treatment device (1); and/or - a signal generator device (16) is provided, wherein the signal generator device (16) comprises a signal generator (17) and wherein the signal generator device (16) is designed to generate the HF signal (5).

Workpiece treatment device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - a resonator (8) is provided, wherein the signal amplification arrangement (2) is electrically connected to the resonator (8).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 27 , characterized by the following feature: - the signal amplification arrangement (2) is designed to amplify a second RF signal (19) which has a frequency which is different from the frequency of the RF signal (5); - the resonator (8) comprises a first input (8a), wherein the amplified RF signal (7) can be fed to the resonator (8) at its first input (8a); - the resonator (8) comprises a second input (8b), wherein the second amplified RF signal (20) can be fed to the resonator (8) at its second input (8b).

Workpiece treatment device (1) according to Claim 27 or 28 , characterized by the following feature: - the resonator (8) comprises a positioner, wherein the positioner comprises receiving elements which are arranged such that the workpiece (9) can only be inserted in a permissible orientation and/or angular position.

Method for machining a workpiece (9) with a workpiece treatment device (1) which has a signal amplification arrangement (2) for generating a microwave signal, with the following method steps: - Inserting the workpiece (9) to be machined into a resonator (8); - Amplifying an RF signal (5) and feeding the amplified RF signal (7) into the resonator (8), - Determining a workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency (12), which arises in the resonator (8); - Tracking a course (28) of a shift in the workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency (12); - Comparing the course (28) of the shift in the workpiece-specific frequency, in particular a resonance frequency (12), with a stored workpiece-dependent course (27) and outputting a status message (13) which corresponds to the process progress.