DE102023134724A1 - Method and apparatus for evaluating ultrasonic welding - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Evaluieren eines Ultraschallschweißens von Fügepartnern (100, 102), wobei wenigstens einer der Fügepartner (100, 102) ein Faser-Kunststoff-Verbund-Material mit einem thermoplastischen Kunststoff und Verstärkungsfasern aufweist und mithilfe wenigstens einer Sonotrode Arbeitsschwingungen in eine zwischen den Fügepartnern (100, 102) gebildete Fügezone (106) eingeleitet werden, um den Kunststoff zu erwärmen und zu plastifizieren, wobei durch eine Zustandsänderung des Faser-Kunststoff-Verbund-Materials Wellen initiiert und/oder modifiziert werden, bei dem auf den initiierten und/oder modifizierten Wellen basierende Signale erfasst und ausgewertet werden, um einen Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung zu bewerten, wobei eine spezifische Zustandsänderung des Kunststoffs, der Verstärkungsfasern und/oder einer Wechselwirkung zwischen dem Kunststoff und den Verstärkungsfasern berücksichtigt wird, und Vorrichtung zum Evaluieren eines Ultraschallschweißens, die dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren auszuführen.Method for evaluating ultrasonic welding of joining partners (100, 102), wherein at least one of the joining partners (100, 102) comprises a fiber-plastic composite material with a thermoplastic and reinforcing fibers, and working vibrations are introduced into a joining zone (106) formed between the joining partners (100, 102) with the aid of at least one sonotrode in order to heat and plasticize the plastic, wherein waves are initiated and/or modified by a change in state of the fiber-plastic composite material, in which signals based on the initiated and/or modified waves are detected and evaluated in order to evaluate a welding process and/or a welded connection, wherein a specific change in state of the plastic, the reinforcing fibers and/or an interaction between the plastic and the reinforcing fibers is taken into account, and device for evaluating ultrasonic welding which is designed to carry out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evaluieren eines Ultraschallschweißens, wobei mithilfe wenigstens einer Sonotrode Arbeitsschwingungen in eine zwischen Fügepartnern gebildete Fügezone eingeleitet werden, um ein Fügepartner-Material zu erwärmen und/oder zu plastifizieren, wobei durch Zustandsänderungen des Fügepartner-Materials Wellen initiiert und/oder modifiziert werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Evaluieren eines Ultraschallschweißens.The invention relates to a method for evaluating ultrasonic welding, wherein working vibrations are introduced into a joining zone formed between joining partners with the aid of at least one sonotrode in order to heat and/or plasticize a joining partner material, wherein waves are initiated and/or modified by changes in the state of the joining partner material. The invention also relates to a device for evaluating ultrasonic welding.
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- Beaufschlagen eines Werkstücks mit Ultraschallwellen, Erfassen von durch das Beaufschlagen des Werkstücks mit den Ultraschallwellen erzeugten Ultraschallsignalen, Erzeugen von Ultraschalltomogrammdaten des Werkstücks aus den Ultraschallsignalen, wobei das Werkstück zerspanend bearbeitet wird, insbesondere fräsbearbeitet wird und das Werkstück mit den davon hervorgerufenen Ultraschallwellen beaufschlagt wird.
- Exposing a workpiece to ultrasonic waves, detecting ultrasonic signals generated by exposing the workpiece to the ultrasonic waves, generating ultrasonic tomogram data of the workpiece from the ultrasonic signals, wherein the workpiece is machined, in particular milled, and the workpiece is exposed to the ultrasonic waves generated thereby.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern.The invention is based on the object of structurally and/or functionally improving a method mentioned at the outset. The invention is also based on the object of structurally and/or functionally improving a device mentioned at the outset.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche Ansprüche.The object is achieved by a method having the features of claim 1. Furthermore, the object is achieved by a device having the features of claim 11. Advantageous embodiments and/or further developments are the subject of the subclaims.
Das Ultraschallschweißen kann zum thermischen Fügen ausgelegt sein. Beim Ultraschallschweißen können die Fügepartner an einander zugewandten und/oder an einander anliegenden Fügeflächen plastifiziert werden und es kann sich eine interpolymere Verbindung bilden. Das Ultraschallschweißen kann zum thermischen Fügen von Fügepartnern, die einen thermoplastischen Kunststoff enthalten, ausgelegt sein. Die Fügepartner können aus einem Verbundwerkstoff mit einer thermoplastischen Komponente bestehen oder einen Verbundwerkstoff mit einer thermoplastischen Komponente enthalten. Der Verbundwerkstoff kann ein Faserverbundwerkstoff und/oder ein Faser-Kunststoff-Verbund-Material sein. Der thermoplastische Kunststoff kann als Matrixmaterial ausgelegt und/oder angeordnet sein. Die Verstärkungsfasern können in das Matrixmaterial eingebettet sein. Zwischen dem Matrixmaterial und den Verstärkungsfasern können gegenseitige Wechselwirkungen bestehen. Die Verstärkungsfasern können durch adhäsive Wechselwirkungen an die Matrix gebunden sein. Die Verstärkungsfasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, sein. Die Verstärkungsfasern können Langfasern und/oder Kurzfasern sein. Die Verstärkungsfasern können gerichtet angeordnet sein. Die Verstärkungsfasern können als Bündel, Gewebe, Gewirk, Gelege oder Matte angeordnet sein. Der thermoplastische Kunststoff kann Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastischer Elastomer (TPE), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyaryletherketon (PAEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) sein.Ultrasonic welding can be designed for thermal joining. During ultrasonic welding, the joining partners can be plasticized on joining surfaces facing one another and/or adjacent to one another and an interpolymer bond can form. Ultrasonic welding can be designed for thermal joining of joining partners that contain a thermoplastic. The joining partners can consist of a composite material with a thermoplastic component or can contain a composite material with a thermoplastic component. The composite material can be a fiber composite material and/or a fiber-plastic composite material. The thermoplastic can be designed and/or arranged as a matrix material. The reinforcing fibers can be embedded in the matrix material. Mutual interactions can exist between the matrix material and the reinforcing fibers. The reinforcing fibers can be bound to the matrix by adhesive interactions. The reinforcing fibers can be organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, polymethyl methacrylate fibers and/or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers. The reinforcing fibers can be long fibers and/or short fibers. The reinforcing fibers can be arranged in a direction. The reinforcing fibers can be arranged as a bundle, woven fabric, knitted fabric, scrim or mat. The thermoplastic can be polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), thermoplastic elastomer (TPE), polystyrene (PS), polyetheretherketone (PEEK), polyaryletherketone (PAEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and/or polytetrafluoroethylene (PTFE).
Wenigstens einer der Fügepartner kann wenigstens einen Energierichtungsgeber enthalten. Der wenigstens eine Energierichtungsgeber kann dazu ausgelegt und/oder angeordnet sein, Arbeitsschwingungen zu konzentrieren, zu reflektieren, zu transmittieren und/oder zu transportieren. Der wenigstens eine Energierichtungsgeber kann als funktionell und/oder strukturell gesonderter Abschnitt des wenigstens einen Fügepartners ausgelegt und/oder angeordnet sein. Der wenigstens eine Energierichtungsgeber kann mithilfe einer Komponente eines Verbundwerkstoffs gebildet sein. Ein thermoplastischer Kunststoff kann als Energierichtungsgeber ausgelegt und/oder angeordnet sein. Verstärkungsfasern können als Energierichtungsgeber ausgelegt und/oder angeordnet sein. Bei den Fügepartner kann es sich insbesondere um Automobilbauteile, Flugzeugbauteile oder Bauteile für die Raumfahrt handeln.At least one of the joining partners can contain at least one energy director. The at least one energy director can be designed and/or arranged to concentrate, reflect, transmit and/or transport working vibrations. The at least one energy director can be designed and/or arranged as a functionally and/or structurally separate section of the at least one joining partner. The at least one energy director can be formed using a component of a composite material. A thermoplastic can be designed and/or arranged as an energy director. Reinforcing fibers can be designed and/or arranged as an energy director. The joining partners can be, in particular, automotive components, aircraft components or components for space travel.
Die Fügepartner können einander zugeordnete Fügekontaktflächen aufweisen. Die Fügekontaktflächen können eben sein. Die Fügekontaktflächen können einfach oder mehrfach gekrümmt sein. Die Fügekontaktflächen der Fügepartner können aneinander anliegen. Die Fügezone kann an den Fügekontaktflächen der Fügepartner angeordnet sein. Die Fügezone kann sich ausgehend von den Fügekontaktflächen der Fügepartner in das Fügepartner-Material hinein erstrecken.The joining partners can have mutually assigned joining contact surfaces. The joining contact surfaces can be flat. The joining contact surfaces can be curved once or multiple times. The joining contact surfaces of the joining partners can lie against one another. The joining zone can be arranged on the joining contact surfaces of the joining partners. The joining zone can extend from the joining contact surfaces of the joining partners into the joining partner material.
Beim Ultraschallschweißen können wenigstens zwei Fügepartner miteinander verbunden werden oder worden sein. Beim Ultraschallschweißen können ein erster Fügepartner und ein zweiter Fügepartner miteinander verbunden werden oder worden sein. Beim Ultraschallschweißen können die Fügepartnern mit ihren Fügekontaktflächen aneinander angeordnet, aneinandergepresst, relativ zueinander bewegt, zueinander positioniert und/oder gehalten werden. Die Arbeitsschwingungen können mechanische Schwingungen, insbesondere hochfrequente mechanische Schwingungen, sein. Die Arbeitsschwingungen können Ultraschallschwingungen sein. Die Arbeitsschwingungen können Wellen sein und/oder Wellen umfassen. Die Arbeitsschwingungen können eine Frequenz im kHz-Bereich, insbesondere eine Frequenz im unteren kHz-Bereich, insbesondere eine Frequenz von 10kHz bis 1 50kHz, insbesondere eine Frequenz von 20kHz bis 90kHz, insbesondere eine Frequenz von 20kHz 35 kHz, aufweisen. Die Arbeitsschwingungen können eine modulierbare oder modulierte Amplitude aufweisen. Die Arbeitsschwingungen können impedanzanpassbar oder impedanzangepasst sein. Die Arbeitsschwingungen können über ein Koppelmedium eingeleitet werden. Als Koppelmedium kann ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, verwendet werden. Als Koppelmedium kann ein flüssiges Medium, wie Wasser, Öl oder Gel, verwendet werden. Als Koppelmedium kann ein festes Medium verwendet werden. Als Koppelmedium kann Silikon verwendet werden.In ultrasonic welding, at least two joining partners can be or have been connected to one another. In ultrasonic welding, a first joining partner and a second joining partner can be or have been connected to one another. In ultrasonic welding, the joining partners can be arranged with their joining contact surfaces next to one another, pressed against one another, moved relative to one another, positioned relative to one another and/or held. The working vibrations can be mechanical vibrations, in particular high-frequency mechanical vibrations. The working vibrations can be ultrasonic vibrations. The working vibrations can be waves and/or comprise waves. The working vibrations can have a frequency in the kHz range, in particular a frequency in the lower kHz range, in particular a frequency of 10 kHz to 1 50 kHz, in particular a frequency of 20 kHz to 90 kHz, in particular a frequency of 20 kHz to 35 kHz. The working vibrations can have a modulatable or modulated amplitude. The working vibrations can be impedance-adjustable or impedance-adjusted. The working vibrations can be introduced via a coupling medium. A gaseous medium, especially air, can be used as a coupling medium. A liquid medium, such as water, oil or gel, can be used as a coupling medium. A solid medium can be used as a coupling medium. Silicone can be used as a coupling medium.
„Evaluieren“ kann vorliegend insbesondere ein systematisch geplantes Beschreiben, Untersuchen, Analysieren und/oder Bewerten umfassen. „Evaluieren“ kann sich vorliegend insbesondere auf ein Ultraschallschweißverfahren, einen Ultraschallschweißprozess, zum Ausführen eines Ultraschallschweißverfahrens verwendete Komponenten und/oder eine in einem Ultraschallschweißverfahren hergestellte Ultraschallschweißverbindung beziehen.In the present case, “evaluating” can include in particular a systematically planned description, examination, analysis and/or assessment. In the present case, “evaluating” can refer in particular to an ultrasonic welding method, an ultrasonic welding process, components used to carry out an ultrasonic welding method and/or an ultrasonic weld joint produced in an ultrasonic welding method.
Beim Ultraschallschweißen kann sich das Fügepartner-Material in der Fügezone erwärmen, von einem festen in einen verformbaren oder fließfähigen Zustand übergehen, wieder abkühlen, und/oder wieder von einem verformbaren oder fließfähigen in einen festen Zustand übergehen. Beim Ultraschallschweißen können sich Materialeigenschaften des Fügepartner-Materials in der Fügezone ändern. Beim Ultraschallschweißen können/kann sich eine Kristallstruktur und/oder eine Adsorbatstruktur des Fügepartner-Materials in der Fügezone ändern. Beim Ultraschallschweißen können in der Fügezone Wellen initiiert werden. Beim Ultraschallschweißen kann sich ein Wellendurchgangs- und/oder Wellenreflexionsverhalten in der Fügezone ändern.During ultrasonic welding, the joining partner material in the joining zone can heat up, change from a solid to a deformable or flowable state, cool down again, and/or change from a deformable or flowable to a solid state. During ultrasonic welding, the material properties of the joining partner material in the joining zone can change. During ultrasonic welding, a crystal structure and/or an adsorbate structure of the joining partner material in the joining zone can change. During ultrasonic welding, waves can be initiated in the joining zone. During ultrasonic welding, a wave transmission and/or wave reflection behavior in the joining zone can change.
Eine spezifische Zustandsänderung kann ein Phasenübergang sein und/oder auf einem Phasenübergang basieren. Der Phasenübergang kann ein Phasenübergang eines thermoplastischen Kunststoffs sein. Der Phasenübergang kann ein Übergang von fest zu flüssig, der auch als Schmelzen bezeichnet werden kann, ein Übergang von flüssig zu fest, der auch als Erstarren oder Kristallisieren bezeichnet werden kann, ein Übergang von flüssig zu gasförmig, der auch als Verdampfen bezeichnet werden kann, ein Übergang von gasförmig zu flüssig, der auch als Kondensieren bezeichnet werden kann.A specific change of state can be a phase transition and/or be based on a phase transition. The phase transition can be a phase transition of a thermoplastic. The phase transition can be a transition from solid to liquid, which can also be referred to as melting, a transition from liquid to solid, which can also be referred to as solidification or crystallization, a transition from liquid to gaseous, which can also be referred to as evaporation, a transition from gaseous to liquid, which can also be referred to as condensation.
Eine spezifische Zustandsänderung kann eine Wärmeausdehnung, die auch als thermische Expansion bezeichnet werden kann, oder eine Wärmeschrumpfung, die auch als thermische Kontraktion bezeichnet werden kann, sein und/oder auf einer Wärmeausdehnung und/oder auf einer Wärmeschrumpfung basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann eine zumindest abschnittsweise Bewegung innerhalb wenigstens eines der Fügepartner oder eine zumindest abschnittsweise Bewegung zwischen den Fügepartnern sein und/oder auf einer zumindest abschnittsweisen Bewegung innerhalb wenigstens eines der Fügepartner oder auf einer zumindest abschnittsweisen Bewegung zwischen den Fügepartnern basieren. Eine Wärmeausdehnung, eine Wärmeschrumpfung und/oder eine zumindest abschnittsweise Bewegung als spezifische Zustandsänderung und/oder eine auf Wärmeausdehnung, Wärmeschrumpfung und/oder zumindest abschnittsweiser Bewegung basierende spezifische Zustandsänderung können/kann durch einen Ausdehnungskoeffizienten und/oder durch einen Reibungskoeffizienten bestimmt und/oder charakterisiert sein.A specific change in state can be a thermal expansion, which can also be referred to as thermal expansion, or a thermal shrinkage, which can also be referred to as thermal contraction, and/or be based on a thermal expansion and/or on a thermal shrinkage. A specific change in state can be an at least sectional movement within at least one of the joining partners or an at least sectional movement between the joining partners and/or be based on an at least sectional movement within at least one of the joining partners or on an at least sectional movement between the joining partners. A thermal expansion, a thermal shrinkage and/or an at least sectional movement as a specific change in state and/or a specific change in state based on thermal expansion, thermal shrinkage and/or at least sectional movement can be determined by an expansion coefficient and/or by a coefficient of friction must be determined and/or characterized.
Eine spezifische Zustandsänderung kann auf mechanischen und/oder thermischen Spannungen basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann ein Aufbau mechanischer und/oder thermischer Spannungen sein und/oder auf einem Aufbau mechanischer und/oder thermischer Spannungen basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann ein Abbau mechanischer und/oder thermischer Spannungen sein und/oder auf einem Abbau mechanischer und/oder thermischer Spannungen basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann eine Veränderung eines Materialgefüges, eine Rissbildung, beispielsweise eine Heißrissbildung, wie Erstarrungsrissbildung oder Aufschmelzungsrissbildung, oder eine Kaltrissbildung, sein und/oder auf einer Veränderung eines Materialgefüges, einer Rissbildung, beispielsweise einer Heißrissbildung, wie Erstarrungsrissbildung oder Aufschmelzungsrissbildung, oder einer Kaltrissbildung, basieren. Eine auf mechanischen und/oder thermischen Spannungen basierende spezifische Zustandsänderung kann durch werkstofftechnische Kennwerte bestimmt und/oder charakterisiert sein.A specific change in state can be based on mechanical and/or thermal stresses. A specific change in state can be a build-up of mechanical and/or thermal stresses and/or be based on a build-up of mechanical and/or thermal stresses. A specific change in state can be a reduction in mechanical and/or thermal stresses and/or be based on a reduction in mechanical and/or thermal stresses. A specific change in state can be a change in a material structure, a crack formation, for example a hot crack formation, such as solidification crack formation or melting crack formation, or a cold crack formation, and/or be based on a change in a material structure, a crack formation, for example a hot crack formation, such as solidification crack formation or melting crack formation, or a cold crack formation. A specific change in state based on mechanical and/or thermal stresses can be determined and/or characterized by material-related parameters.
Eine spezifische Zustandsänderung kann eine lokale oder lokal begrenzte Zustandsänderung eines Fügepartners und/oder eines Fügepartner-Materials sein und/oder auf einer lokalen oder lokal begrenzten Zustandsänderung eines Fügepartners und/oder eines Fügepartner-Materials basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann eine Änderung einer Lage, Position, Verteilung und/oder Konzentration von Verstärkungsfasern sein und/oder auf einer Änderung einer Lage, Position, Verteilung und/oder Konzentration von Verstärkungsfasern basieren. Eine spezifische Zustandsänderung kann eine Änderung einer gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem thermoplastischen Kunststoff und den Verstärkungsfasern sein und/oder auf einer Änderung einer gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem thermoplastischen Kunststoff und den Verstärkungsfasern basieren.A specific change in state can be a local or locally limited change in state of a joining partner and/or a joining partner material and/or be based on a local or locally limited change in state of a joining partner and/or a joining partner material. A specific change in state can be a change in a layer, position, distribution and/or concentration of reinforcing fibers and/or be based on a change in a layer, position, distribution and/or concentration of reinforcing fibers. A specific change in state can be a change in a mutual interaction between the thermoplastic and the reinforcing fibers and/or be based on a change in a mutual interaction between the thermoplastic and the reinforcing fibers.
Durch eine spezifische Zustandsänderung der Fügepartner und/oder des Fügepartner-Materials initiierte und/oder modifizierte Wellen können mechanische Wellen sein. Die Wellen können Transversalwellen und/oder Longitudinalwellen sein. Die Transversalwellen können polarisiert sein. Die Wellen können sich innerhalb der Fügepartner und/oder des Fügepartner-Materials und/oder über ein Gas, insbesondere Luft, ausbreitende Wellen sein. Die Wellen können unregelmäßig und/oder nicht periodisch verlaufen. Die Wellen können eine sich zeitlich ändernde Struktur aufweisen. Die Wellen können regelmäßig und/oder periodisch verlaufen. Die Wellen können eine exakt bestimmbare Tonhöhe aufweisen. Die Wellen können Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, sein und/oder auf Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, basieren. Die Wellen können eine sich zeitlich nicht ändernde Struktur aufweisen. Die Wellen können keine exakt bestimmbare Tonhöhe aufweisen und/oder als Geräusch wahrnehmbar sein.Waves initiated and/or modified by a specific change in the state of the joining partners and/or the joining partner material can be mechanical waves. The waves can be transverse waves and/or longitudinal waves. The transverse waves can be polarized. The waves can be waves that propagate within the joining partners and/or the joining partner material and/or through a gas, in particular air. The waves can be irregular and/or non-periodic. The waves can have a structure that changes over time. The waves can be regular and/or periodic. The waves can have a precisely definable pitch. The waves can be sound waves, in particular ultrasonic waves, and/or be based on sound waves, in particular ultrasonic waves. The waves can have a structure that does not change over time. The waves cannot have a precisely definable pitch and/or can be perceived as noise.
Auf den Wellen basierende Signale können Signale sein, die auf durch spezifische Zustandsänderungen der Fügepartner und/oder des Fügepartner-Materials initiierten Wellen basieren. Auf den Wellen basierende Signale können Signale sein, die auf durch spezifische Zustandsänderungen der Fügepartner und/oder des Fügepartner-Materials modifizierten Wellen basieren. Auf den Wellen basierende Signale können Signale sein, die auf durch spezifische Zustandsänderungen der Fügepartner und/oder des Fügepartner-Materials modifizierten Arbeitsschwingungen basieren.Wave-based signals can be signals based on waves initiated by specific changes in the state of the joining partners and/or the joining partner material. Wave-based signals can be signals based on waves modified by specific changes in the state of the joining partners and/or the joining partner material. Wave-based signals can be signals based on working vibrations modified by specific changes in the state of the joining partners and/or the joining partner material.
Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann basierend auf den erfassten Signalen bewertet werden. Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann basierend auf den erfassten Signalen bewertet werden, ohne dass weitere Daten und/oder weitere Signale, insbesondere Vergleichsdaten und/oder Vergleichssignale, verwendet werden oder erforderlich sind. Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann basierend auf den erfassten Signalen ohne Vergleich und/oder ohne Vergleichssignale bewertet werden. Die erfassten Signale können als solche dazu geeignet sein, einen Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung zu bewerten. Die erfassten Signale können dazu geeignet sein, einen Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung ohne Vergleich und/oder ohne Vergleichssignale zu bewerten. Die erfassten Signale können ausgewertet werden, um festzustellen, ob der Schweißprozess und/oder die Schweißverbindung geeignet erscheinen, einen angestrebten Zweck zu erfüllen. Die erfassten Signale können ausgewertet werden, um festzustellen, ob der Schweißprozess und/oder die Schweißverbindung geeignet sind, vorbestimmte Kriterien zu erfüllen. Die erfassten Signale können ausgewertet werden, um festzustellen, ob der Schweißprozess vorbestimmte Qualitätskriterien erfüllt. Die erfassten Signale können ausgewertet werden, um festzustellen, ob die Schweißverbindung vorbestimmte Qualitätskriterien und/oder Gütemerkmale erfüllt.A welding process and/or a welded joint can be evaluated based on the detected signals. A welding process and/or a welded joint can be evaluated based on the detected signals without further data and/or further signals, in particular comparison data and/or comparison signals, being used or required. A welding process and/or a welded joint can be evaluated based on the detected signals without comparison and/or without comparison signals. The detected signals can be suitable as such for evaluating a welding process and/or a welded joint. The detected signals can be suitable for evaluating a welding process and/or a welded joint without comparison and/or without comparison signals. The detected signals can be evaluated to determine whether the welding process and/or the welded joint appear suitable to fulfill a desired purpose. The detected signals can be evaluated to determine whether the welding process and/or the welded joint are suitable to meet predetermined criteria. The detected signals can be evaluated to determine whether the welding process meets predetermined quality criteria. The detected signals can be evaluated to determine whether the weld meets predetermined quality criteria and/or characteristics.
Die erfassten Signale können verwendet werden, um den Schweißprozess zu kontrollieren. Die Bezeichnung „Kontrollieren“ kann sich dabei vorliegend sowohl auf ein steuerndes Kontrollieren als auch auf ein regelndes Kontrollieren beziehen. Die erfassten Signale können insbesondere verwendet werden, um die Sonotrode und/oder eine Bewegung der Sonotrode zu kontrollieren.The recorded signals can be used to control the welding process. The term “control” can refer to both controlling and regulating control. The recorded signals can be used in particular to control the sonotrode and/or a movement of the sonotrode.
Wenigstens ein Schritt des Verfahrens kann vor, während und/oder nach einem Einleiten von Arbeitsschwingungen die Fügezone ausgeführt werden. Wenigstens ein Schritt des Verfahrens kann örtlich und/oder zeitlich verbunden mit einem Einleiten von Arbeitsschwingungen die Fügezone ausgeführt werden. Wenigstens ein Schritt des Verfahrens kann örtlich und/oder zeitlich entkoppelt von einem Einleiten von Arbeitsschwingungen die Fügezone ausgeführt werden.At least one step of the method can be carried out before, during and/or after the introduction of working vibrations in the joining zone. At least one step of the method can be carried out locally and/or temporally connected to the introduction of working vibrations in the joining zone. At least one step of the method can be carried out locally and/or temporally decoupled from the introduction of working vibrations in the joining zone.
Die Signale können an wenigstens einem der Fügepartner erfasst werden. Die Signale können an einem einzigen Fügepartner erfasst werden. Die Signale können an mehreren Fügepartnern erfasst werden. Die Signale können an einem ersten Fügepartner und/oder an einem zweiten Fügepartner erfasst werden. Die Signale können in unmittelbarem Kontakt erfasst werden. Die Signale können in kraft- und/oder formschlüssigem Kontakt erfasst werden. Bei einer Signalerfassung in unmittelbarem Kontakt oder in kraft- und/oder formschlüssigem Kontakt kann ein flüssiges, gelförmiges oder festes Koppelmedium verwendet werden. Die Signale können mithilfe wenigstens eines Schwingungssensors erfasst werden.The signals can be recorded on at least one of the joining partners. The signals can be recorded on a single joining partner. The signals can be recorded on several joining partners. The signals can be recorded on a first joining partner and/or on a second joining partner. The signals can be recorded in direct contact. The signals can be recorded in force-locking and/or positive contact. When signals are recorded in direct contact or in force-locking and/or positive contact, a liquid, gel-like or solid coupling medium can be used. The signals can be recorded using at least one vibration sensor.
Die Signale können von den Fügepartnern beabstandet erfasst werden. Die Signale können aus Luftschall erfasst werden. Die Signale können mithilfe wenigstens eines Mikrofons erfasst werden.The signals can be recorded from the joining partners at a distance. The signals can be recorded from airborne sound. The signals can be recorded using at least one microphone.
Die Signale können in konstanter Position zu den Fügepartnern erfasst werden. Die Signale können in sich ändernder Position zu der Sonotrode erfasst werden. Die Signale können in konstanter Position zu der Sonotrode erfasst werden. Die Signale können in sich ändernder Position zu den Fügepartnern erfasst werden.The signals can be recorded in a constant position relative to the joining partners. The signals can be recorded in a changing position relative to the sonotrode. The signals can be recorded in a constant position relative to the sonotrode. The signals can be recorded in a changing position relative to the joining partners.
Die Signale können verarbeitet werden, um Informationen zu erhalten, Daten zu reduzieren und/oder eine Auswertung vorzubereiten. Die Signale können verarbeitet werden, um Informationen über den Schweißprozess und/oder die Schweißverbindung zu erhalten. Die Signale können verarbeitet werden, um eine automatisierte oder maschinelle Auswertung vorzubereiten. Die Signale können verarbeitet werden, um eine Auswertung durch eine Person vorzubereiten. Die Signalverarbeitung kann eine lineare Zeit-Frequenz-Transformation umfassen. Die Signalverarbeitung kann dazu ausgelegt sein, eine gleichzeitige Extraktion lokaler spektraler und zeitlicher Informationen zu ermöglichen. Die Signalverarbeitung kann dazu ausgelegt sein, eine Verarbeitung unter Vermeidung einer Segmentierung zu ermöglichen. Die Signalverarbeitung kann eine Wavelet-Transformation umfassen. Die Signalverarbeitung kann eine Integraltransformation umfassen. Die Signalverarbeitung kann eine Fourier-Transformation umfassen.The signals may be processed to obtain information, reduce data, and/or prepare for evaluation. The signals may be processed to obtain information about the welding process and/or the weld joint. The signals may be processed to prepare for automated or machine evaluation. The signals may be processed to prepare for human evaluation. The signal processing may include a linear time-frequency transform. The signal processing may be configured to enable simultaneous extraction of local spectral and temporal information. The signal processing may be configured to enable processing while avoiding segmentation. The signal processing may include a wavelet transform. The signal processing may include an integral transform. The signal processing may include a Fourier transform.
Die wenigstens eine Sonotrode kann während dem Ultraschallschweißen relativ zu den Fügepartnern fest angeordnet sein, um die Fügepartner mithilfe eines Schweißpunkts miteinander zu verbinden. Die wenigstens eine Sonotrode kann während dem Ultraschallschweißen relativ zu den Fügepartnern bewegt werden, um die Fügepartner mithilfe einer Schweißnaht miteinander zu verbinden.The at least one sonotrode can be arranged fixedly relative to the joining partners during ultrasonic welding in order to connect the joining partners to one another using a welding point. The at least one sonotrode can be moved relative to the joining partners during ultrasonic welding in order to connect the joining partners to one another using a weld seam.
Der wenigstens eine Schwingungssensor und/oder das wenigstens ein Mikrofon können/kann während dem Ultraschallschweißen relativ zu den Fügepartnern fest angeordnet sein. Der wenigstens eine Schwingungssensor und/oder das wenigstens ein Mikrofon können/kann während dem Ultraschallschweißen relativ zu den Fügepartnern bewegt werden.The at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be arranged fixedly relative to the joining partners during ultrasonic welding. The at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be moved relative to the joining partners during ultrasonic welding.
Die wenigstens eine Sonotrode, der wenigstens eine Schwingungssensor und/oder das wenigstens ein Mikrofon können/kann während dem Ultraschallschweißen mithilfe eines Roboters bewegt werden. Die wenigstens eine Sonotrode, der wenigstens eine Schwingungssensor und/oder das wenigstens ein Mikrofon können/kann während dem Ultraschallschweißen entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt werden. Die Signale können einer Sonotroden-Position zugeordnet werden. Die Signale können einer sich ändernden Sonotroden-Position zugeordnet werden. Die Signale können einer sich entlang einer Bahn bewegenden Sonotroden-Position zugeordnet werden.The at least one sonotrode, the at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be moved during ultrasonic welding using a robot. The at least one sonotrode, the at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be moved along a predetermined path during ultrasonic welding. The signals can be assigned to a sonotrode position. The signals can be assigned to a changing sonotrode position. The signals can be assigned to a sonotrode position moving along a path.
Nutzsignale und Störsignale können unterschieden werden. Die Signale können in Nutzsignale und Störsignale klassifiziert werden. Störsignale können zumindest teilweise reduziert oder entfernt werden. Es können zumindest im Wesentlichen die Nutzsignale berücksichtigt werden. Bei der Auswertung und/oder bei der Bewertung können zumindest im Wesentlichen die Nutzsignale berücksichtigt werden.Useful signals and interference signals can be differentiated. The signals can be classified into useful signals and interference signals. Interference signals can be at least partially reduced or removed. The useful signals can be taken into account at least in the main. The useful signals can be taken into account at least in the main during the evaluation and/or assessment.
Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann automatisiert oder maschinell bewertet werden. Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann mithilfe eines Algorithmus bewertet werden. Ein Schweißprozess und/oder eine Schweißverbindung können/kann durch eine Person bewertet werden.A welding process and/or a weld joint can be evaluated automatically or by machine. A welding process and/or a weld joint can be evaluated using an algorithm. A welding process and/or a weld joint can be evaluated by a person.
Die Vorrichtung wenigstens eine Sonotrode, wenigstens einen Schwingungssensor, wenigstens ein Mikrofon und/oder eine Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung aufweisen.The device comprises at least one sonotrode, at least one vibration sensor, at least one microphone and/or a device for signal processing, evaluation and/or assessment.
Die wenigstens eine Sonotrode kann dazu ausgelegt sein, die Arbeitsschwingungen in die Fügezone einzuleiten. Die wenigstens eine Sonotrode kann dazu ausgelegt sein, eine Verbindung zwischen einem Ultraschallgenerator und dem wenigstens einen Fügepartner herzustellen. Die wenigstens eine Sonotrode kann einen spezifisch angepasste oder anpassbare Impedanz aufweisen. Die wenigstens eine Sonotrode kann eine spezifisch angepasste Geometrie aufweisen. Die wenigstens eine Sonotrode kann aus Metall, insbesondere aus Aluminium, Titan, Stahl, diese Metalle enthaltenden Legierungen oder anderen Metallen oder Legierungen hergestellt sein.The at least one sonotrode can be designed to introduce the working vibrations into the joining zone. The at least one sonotrode can be designed to establish a connection between an ultrasonic generator and the at least one joining partner. The at least one sonotrode can have a specifically adapted or adaptable impedance. The at least one sonotrode can have a specifically adapted geometry. The at least one sonotrode can be made of metal, in particular of aluminum, titanium, steel, alloys containing these metals or other metals or alloys.
Der wenigstens eine Schwingungssensor kann ein Ultraschallsensor sein. Der wenigstens eine Schwingungssensor kann als piezoelektrischer Sensor ausgeführt sein. Das wenigstens eine Mikrofon kann dazu ausgelegt sein, Luftschall als Schallwechseldruckschwingungen in entsprechende elektrische Spannungsänderungen oder Kapazitätsänderungen als Signal umzuwandeln. Das wenigstens eine Mikrofon kann als Lasermikrofon ausgeführt sein.The at least one vibration sensor can be an ultrasonic sensor. The at least one vibration sensor can be designed as a piezoelectric sensor. The at least one microphone can be designed to convert airborne sound as alternating sound pressure vibrations into corresponding electrical voltage changes or capacitance changes as a signal. The at least one microphone can be designed as a laser microphone.
Die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung aufweisen. Die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung kann wenigstens einen Prozessor, wenigstens einen Arbeitsspeicher, wenigstens einen Datenspeicher, wenigstens einen Signaleingang und/oder wenigstens einen Signalausgang aufweisen. Die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung kann zum Kontrollieren der wenigstens einen Sonotrode ausgelegt sein. Der Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung können Signale des wenigstens einen Schwingungssensors und/oder des wenigstens einen Mikrofon zur Verfügung stehen.The device for signal processing, evaluation and/or assessment can have at least one processor, at least one main memory, at least one data memory, at least one signal input and/or at least one signal output. The device for signal processing, evaluation and/or assessment can be designed to control the at least one sonotrode. The device for signal processing, evaluation and/or assessment can have signals from the at least one vibration sensor and/or the at least one microphone available.
Die Vorrichtung kann wenigstens einen Roboter aufweisen. Der wenigstens eine Roboter kann als Industrieroboter ausgeführt sein. Der wenigstens eine Roboter kann einen Manipulator aufweisen. Der wenigstens eine Roboter kann wenigstens einen Effektor oder Endeffektor aufweisen. Der wenigstens eine Roboter kann eine Kontrolleinrichtung aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann wenigstens einen Prozessor, wenigstens einen Arbeitsspeicher, wenigstens einen Datenspeicher, wenigstens einen Signaleingang und/oder wenigstens einen Signalausgang aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann zum Kontrollieren des wenigstens einen Roboters ausgelegt sein. Die Kontrolleinrichtung und die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung können miteinander signalleitend verbunden sein. Die Kontrolleinrichtung und die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung können strukturell zumindest teilweise voneinander gesondert ausgeführt sein. Die Kontrolleinrichtung und die Einrichtung zur Signalverarbeitung, Auswertung und/oder Bewertung können strukturell und/oder funktionell zumindest teilweise integriert ausgeführt sein.The device can have at least one robot. The at least one robot can be designed as an industrial robot. The at least one robot can have a manipulator. The at least one robot can have at least one effector or end effector. The at least one robot can have a control device. The control device can have at least one processor, at least one main memory, at least one data memory, at least one signal input and/or at least one signal output. The control device can be designed to control the at least one robot. The control device and the device for signal processing, evaluation and/or assessment can be connected to one another in a signal-conducting manner. The control device and the device for signal processing, evaluation and/or assessment can be structurally designed to be at least partially separate from one another. The control device and the device for signal processing, evaluation and/or assessment can be structurally and/or functionally at least partially integrated.
Die wenigstens eine Sonotrode, der wenigstens einen Schwingungssensor und/oder das wenigstens eine Mikrofon können/kann an dem Roboter angeordnet sein. Die wenigstens eine Sonotrode, der wenigstens einen Schwingungssensor und/oder das wenigstens eine Mikrofon können/kann an dem wenigstens einen Effektor oder Endeffektor angeordnet sein.The at least one sonotrode, the at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be arranged on the robot. The at least one sonotrode, the at least one vibration sensor and/or the at least one microphone can be arranged on the at least one effector or end effector.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Geräuschemissionsmessung zur Qualitätssicherung beim dem Prozess des stationären/kontinuierlichen Ultraschallschweißens.In summary and in other words, the invention thus results, among other things, in a noise emission measurement for quality assurance in the process of stationary/continuous ultrasonic welding.
Unter Geräusch wird vorliegen insbesondere eine Schallwelle verstanden, die über Luft an einen Sensor, wie Mikrofon, gelangt und dort gemessen wird. Unter akustischer Emission (AE) wird eine Welle verstanden, die ihren Ursprung in einer Veränderung eines Materialzustandes, wie Schmelzen, Reißen etc., hat und zwangsläufig durch das Material wandert, bis sie entweder von einem aufliegenden Sensor gemessen wird oder einem über dem Material schwebenden Sensor gemessen werden kann, wenn die Schwingungen in die Luft übergehen. Bei AE kann die Welle durch eine Zustandsänderung, wie Reißen, Schmelzen, Reiben etc., des Materials entstehen. AE-Sensoren können eine besonders feine Auflösung der Schwingungen ermöglichen. Eine Mikrofonmessung kann besonders einfach sein.Noise is understood here in particular to be a sound wave that travels through the air to a sensor, such as a microphone, and is measured there. Acoustic emission (AE) is understood to be a wave that originates from a change in the state of a material, such as melting, cracking, etc., and inevitably travels through the material until it is either measured by a sensor lying on top of it or can be measured by a sensor floating above the material when the vibrations pass into the air. With AE, the wave can be caused by a change in the state of the material, such as cracking, melting, rubbing, etc. AE sensors can enable a particularly fine resolution of the vibrations. A microphone measurement can be particularly simple.
Akustischen Signalen können zur Qualitätsevaluierung bei Punkt- bzw. kontinuierlichem Ultraschallschweißen/ultraschallgeschweißten Verbindungen gemessen werden. AE-Daten können für die Qualitätsevaluierung beim Prozess des Ultraschallpunktschweißens und/oder des kontinuierlichen Ultraschallschweißens verwendet werden.Acoustic signals can be measured for quality evaluation of spot or continuous ultrasonic welding/ultrasonic welded joints. AE data can be used for quality evaluation of ultrasonic spot welding and/or continuous ultrasonic welding process.
Mit der Erfindung wird eine Qualitätsevaluierung beim Ultraschallpunktschweißen und/oder beim kontinuierlichen Ultraschallschweißen verbessert. Eine Qualität einer Ultraschallschweißverbindung kann evaluiert werden. Eine Zuverlässigkeit einer Evaluierung kann erhöht werden.The invention improves quality evaluation in ultrasonic spot welding and/or continuous ultrasonic welding. The quality of an ultrasonic welded joint can be evaluated. The reliability of an evaluation can be increased.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
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1 zwei zum Ultraschallschweißen mit Signalerfassung vorbereitete Fügepartner in seitlicher Ansicht und -
2 zwei zum Ultraschallschweißen mit Signalerfassung vorbereitete Fügepartner in Draufsicht.
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1 two joining partners prepared for ultrasonic welding with signal detection in side view and -
2 Two joining partners prepared for ultrasonic welding with signal detection in top view.
Der Schwingungssensor 108 ist mithilfe eines als Waagerechtspanner ausgeführten Spannhebels 110 an den Fügepartner 100 fixiert, sodass eine Signalerfassung in unmittelbarem kraft- und/oder formschlüssigem Kontakt ermöglicht ist. Der Schwingungssensor 108 ist über eine Silikonschicht an den Fügepartner 100 angekoppelt.The
Das Ultraschallschweißen erfolgt mithilfe eines hier nicht dargestellten Roboters, der einen Endeffektor mit einer Sonotrode und einem Mikrofon aufweist. Die Sonotrode wird mithilfe des Roboters an der Fügezone 106 angepresst und es werden Arbeitsschwingungen eingeleitet, sodass in der Fügezone 106 das Matrixmaterial der Fügepartner 100, 102 erwärmt wird und von einem festen in einen verformbaren oder fließfähigen Zustand übergeht. Das Matrixmaterial der Fügepartner 100, 102 verbindet sich stoffschlüssig, wobei auch die Verstärkungsfasern wechselseitig mit eingebettet werden können. Nach einem Abschalten der Sonotrode kühlt das Matrixmaterial der Fügepartner 100, 102 wieder ab und geht wieder in einen festen Zustand über.Ultrasonic welding is carried out using a robot (not shown here) that has an end effector with a sonotrode and a microphone. The sonotrode is pressed onto the joining
Während dem Einleiten der Arbeitsschwingungen in die Fügezone 106, gegebenenfalls auch vorher und nachher, werden Signale mithilfe des Schwingungssensors 108 an dem Fügepartner 100 und mithilfe des an dem Roboter angeordneten Mikrofons von den Fügepartnern 100, 102 beabstandet erfasst. Diese Signale basieren auf mechanischen Wellen die durch Zustandsänderungen des Fügepartner-Materials während des Schweißprozesses initiiert und/oder modifiziert werden. Mithilfe des an dem Fügepartner 100 angeordneten Schwingungssensors 108 werden Wellen erfasst, die sich innerhalb der Fügepartner 100, 102 ausbreiten. Mithilfe des Mikrofons werden Wellen erfasst, die sich über die Luft ausbreiten.While the working vibrations are introduced into the joining
Beide erfassten Signale werden ausgewertet, um den Schweißprozess und/oder die in dem Schweißprozess hergestellte Schweißverbindung zu bewerten. Die Auswertung liefert Daten, die durch Algorithmen oder durch einen Fachmann ausgewertet werden können, sodass eine Aussage über eine Verbindungsqualität getroffen werden kann.Both recorded signals are evaluated to assess the welding process and/or the welded joint created in the welding process. The evaluation provides data that can be evaluated by algorithms or by a specialist so that a statement can be made about the quality of the joint.
Beim kontinuierlichen Ultraschallschweißen wird der Schwingungssensor 108 mit über die Probe geführt und das erfasste Signal wird über Positions- und/oder Bewegungsinformationen des Roboters dem Ort der Schweißung zugeordnet.During continuous ultrasonic welding, the
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.The term "can" refers in particular to optional features of the invention. Accordingly, there are also further developments and/or embodiments of the invention which additionally or alternatively have the respective feature or features.
Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.If necessary, isolated features can also be selected from the combinations of features disclosed here and used in combination with other features to define the subject matter of the claim, dissolving any structural and/or functional connection that may exist between the features.
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- FügepartnerJoining partner
- 102102
- FügepartnerJoining partner
- 104104
- ArbeitsflächeWork surface
- 106106
- FügezoneJoining zone
- 108108
- SchwingungssensorVibration sensor
- 110110
- SpannhebelClamping lever
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014105110 A1 [0002]DE 102014105110 A1 [0002]
- DE 102019003921 A1 [0003]DE 102019003921 A1 [0003]
- US 20150369779 A1 [0004]US 20150369779 A1 [0004]
- DE 102019109263 A1 [0005]DE 102019109263 A1 [0005]
- DE 112018000674 T5 [0006]EN 112018000674 T5 [0006]
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11174033A (en) | 1997-12-10 | 1999-07-02 | Olympus Optical Co Ltd | Device and method for inspection of weld zone of ultrasonic welding |
JPH11197854A (en) | 1998-01-20 | 1999-07-27 | Olympus Optical Co Ltd | Ultrasonic welding device and welding state in ultrasonic welding device |
DE102013222876A1 (en) | 2012-11-16 | 2014-05-22 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Vibration welding system for manufacturing work piece, had welding device that is provided with host device that monitors state of welding device via signals from several sensors so as to form welding via welding horn |
DE102014105110A1 (en) | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for testing components and test equipment |
US20150369779A1 (en) | 2013-01-15 | 2015-12-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Welding state inspection method |
DE112018000674T5 (en) | 2017-02-03 | 2019-12-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Ultrasonic bonding device, ultrasonic bond examination method and manufacturing method for the ultrasound bonded area |
DE102019109263A1 (en) | 2019-04-09 | 2020-10-15 | Lisa Dräxlmaier GmbH | METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF A QUALITY OF AN ULTRASONIC WELDING |
DE102019003921A1 (en) | 2019-06-05 | 2020-12-10 | Hufschmied Zerspanungssysteme Gmbh | Workpiece inspection method and workpiece inspection system |
-
2023
- 2023-12-12 DE DE102023134724.1A patent/DE102023134724A1/en active Pending
- 2023-12-13 NL NL2036514A patent/NL2036514A/en unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11174033A (en) | 1997-12-10 | 1999-07-02 | Olympus Optical Co Ltd | Device and method for inspection of weld zone of ultrasonic welding |
JPH11197854A (en) | 1998-01-20 | 1999-07-27 | Olympus Optical Co Ltd | Ultrasonic welding device and welding state in ultrasonic welding device |
DE102013222876A1 (en) | 2012-11-16 | 2014-05-22 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Vibration welding system for manufacturing work piece, had welding device that is provided with host device that monitors state of welding device via signals from several sensors so as to form welding via welding horn |
US20150369779A1 (en) | 2013-01-15 | 2015-12-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Welding state inspection method |
DE102014105110A1 (en) | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for testing components and test equipment |
DE112018000674T5 (en) | 2017-02-03 | 2019-12-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Ultrasonic bonding device, ultrasonic bond examination method and manufacturing method for the ultrasound bonded area |
DE102019109263A1 (en) | 2019-04-09 | 2020-10-15 | Lisa Dräxlmaier GmbH | METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF A QUALITY OF AN ULTRASONIC WELDING |
DE102019003921A1 (en) | 2019-06-05 | 2020-12-10 | Hufschmied Zerspanungssysteme Gmbh | Workpiece inspection method and workpiece inspection system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL2036514A (en) | 2024-06-19 |
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