DE112018006322T5

DE112018006322T5 - Intelligenter Ultraschallstapel und Verfahren zum Steuern eines Ultraschallsystems, das einen intelligenten Ultraschallstapel aufweist

Info

Publication number: DE112018006322T5
Application number: DE112018006322.4T
Authority: DE
Inventors: Thomas GABRE; Scott Caldwell; Eugene D. POLLASTRO; Dave SULIK; Liang Zhu
Original assignee: Branson Ultrasonics Corp
Current assignee: Branson Ultrasonics Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-08-27
Also published as: JP7324219B2; US11014192B2; JP2021505405A; CN111479635B; WO2019118341A1; CN111479635A; US20190176262A1

Abstract

Ein Ultraschallsystem hat einen Ultraschallstapel, der durch eine Stromversorgung angeregt wird. Der Ultraschallstapel hat eine Vielzahl von Komponenten, umfassend einen Ultraschallkonverter, einen Verstärker und eine Ultraschall-Sonotrode. Ein Verfahren zum Steuern des Ultraschallsystems mit der Stromversorgung umfasst, nachdem eine der Komponenten des Ultraschallstapels durch eine Ersatzkomponente ersetzt wurde, Eingeben eines Amplitudenparameters der Ersatzkomponente in die Stromversorgung, Bestimmen mit der Stromversorgung einer Amplitude eines AC-Anregersignals, bei welchem der Ultraschallkonverter anzuregen ist, basierend auf Amplitudenparametern der Komponenten umfassend die Amplitudenparameter jeder Ersatzkomponente. Die Stromversorgung setzt dann die Amplitude des AC-Anregersignals auf diese bestimmte Amplitude.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung nimmt den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/597,064 in Anspruch, die am 11. Dezember 2017 eingereicht wurde. Der gesamte Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme enthalten.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen intelligenten Ultraschallstapel und die Steuerung eines Ultraschallsystem, das den intelligenten Ultraschallstapel aufweist.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur Verfügung, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen und nicht zwangsläufig Stand der Technik sind.
Bestimmte Ultraschallsysteme haben einen Ultraschallstapel der durch eine Ultraschallstromversorgung angeregt wird, die oft auch dafür verwendet wird, um das Ultraschallsystem zu steuern. Beispiele für solche Ultraschallsysteme umfassen Ultraschall-Schweißgeräte wie solche, die verwendet werden, um Metallteile miteinander zu verschweißen, solche, die verwendet werden, um Kunststoffteile miteinander zu verschweißen und solche die verwendet werden, um Enden von Metall- oder Kunststoffrohren zu versiegeln (die im Wesentlichen die gleichen sind wie jene zur Verschweißung von Metall- oder Kunststoffteilen). Sie umfassen ebenfalls Ultraschallsysteme, die Teile schneiden, stapeln, stauchen oder markieren.
Ein Ultraschallstapel umfasst einen Ultraschallkonverter und eine beliebige passive Ultraschallkomponente, die akustisch an den Ultraschallkonverter gekoppelt ist, üblicherweise einen Verstärker und eine Ultraschall-Sonotrode. Es versteht sich, dass Ultraschallkonverter auch bekannt sind als Ultraschall-Wandler. Es versteht sich ebenso, dass passive Ultraschall-Komponenten auch bekannt sind als akustische Ultraschallkomponenten. Es versteht sich ebenso, dass der Ultraschallkonverter elektrisch angeregt wird durch eine Ultraschallstromversorgung und die passiven Ultraschallkomponenten mechanisch angeregt werden. Es versteht sich, dass ein Ultraschallstapel auch nur einen Ultraschallkonverter aufweisen kann.
Wenn die passiven Ultraschall-Komponenten durch den Ultraschallkonverter mit einer bestimmten Anreger-Amplitude angetrieben werden, haben sie jeweils einen mechanischen Verstärkungsfaktor, der (wenn es sich nicht um einen Verstärkungsfaktor von eins handelt), die mechanische Anreger-Amplitude von einem Eingangsende zu einem Ausgangsende der Komponente ändert. Das bedeutet, die Ausgangsamplitude am Ausgangsende jeder Komponente ist die Eingangsamplitude am Eingangsende, multipliziert mit dem mechanischen Verstärkungsfaktor dieser Komponente. Das Produkt aller mechanischen Verstärkungsfaktoren der passiven Ultraschall-Komponenten multipliziert mit der mechanischen Anreger-Amplitude des Ultraschallkonverters führt zur gesamten mechanischen Anregung des Ultraschallstapels und ist üblicherweise die Ausgangsamplitude an dem Ausgangsende der Ultraschall-Sonotrode.
Ultraschallkonverter verwenden piezoelektrische Materialien um Ultraschall-Anregungen vorzunehmen. Die mechanische Amplitude der mechanischen Anregungen wird durch den mechanischen Verstärkungsfaktor des Ultraschallkonverters und den Piezo-Kopplungskoeffizient (Kz) des piezoelektrischen Materials bei einer vorgegebenen Amplitude eines AC-Anregersignals (Spannungs- oder Strom-Amplitude), bei welcher die Ultraschall-Stromversorgung den Ultraschallkonverter anregt, vorgegeben. Diese Amplitude ist eine Amplitude der AC-Spannung oder AC-Strom-Anregung, abhängig davon ob die Stromversorgung den Ultraschallkonverter mit einer konstanten Spannung anregt und den Strom variiert, um die Anreger-Amplitude zu variieren, oder mit konstantem Strom anregt und die Spannung variiert, um die Anreger-Amplitude zu variieren. Der Wert von d33 kann von Muster zu Muster für ein vorgegebenes piezoelektrisches Material aufgrund von Produktionsabweichungen etwas variieren, daher kann die mechanische Anregungs-Amplitude von Ultraschallkonverter zu Ultraschallkonverter, für ein vorgegebenes Design eines Ultraschallkonverters, der ein AC-Anregersignal mit der gleichen Amplitude verwendet, etwas variieren.
Im Stand der Technik wird die Messung der Amplitude der mechanischen Anregung des Ultraschallstapels bei einem vorgegebenen AC-Anregerstrom oder -spannung üblicherweise mit dem gesamten Ultraschallstapel durchgeführt, entweder vor Ort mit einem linearen Messgerät oder bei der Herstellung mit einem Laservibrometer. Dann wird der AC-Anregerstrom oder die -spannung variiert, um die gewünschte Amplitude der mechanischen Anregung des Ultraschallstapels zu erhalten.
Es ist bei Ultraschallgeräten ebenfalls gängige Praxis, zertifizierte Ultraschallstapel zu haben, bei denen die Amplitude der mechanischen Anregung eines Ultraschallstapels relativ zur Amplitude der AC-Strom- oder -spannungsanregung bei der Herstellung gemessen wird. Die Komponenten des zertifizierten Ultraschallstapels werden dann nie getrennt.
Elektronische Speicherung wurde in der Vergangenheit an einem Ultraschallstapel genutzt, um einen Ultraschallstapel für solche Dinge wie Hersteller, Produktname, Modellnummer, Seriennummer und Resonanzfrequenz lediglich zu identifizieren. Beispielsweise hat Herrmann Ultraschall eine RFID (Radiofrequenz-Identifikation) an ihrem Stapel eingeführt, die alleinig den Ultraschallstapel identifiziert.
Es ist oftmals gewünscht, verschiedene Komponenten des Ultraschallstapels auszutauschen. Mit dem Stand der Technik könnte die Anreger-Amplitude der neuen Ultraschallstapelkombination vor Ort mit einem linearen Messgerät gemessen werden. Es ist jedoch oftmals nicht praktikabel, diese Amplitude vor Ort zu messen. Mit dem Stand der Technik ist das tatsächliche Mechanisch-zu-elektrisch-Verhältnis des gesamten Ultraschallstapels ebenso nicht genau bekannt, wenn verschiedene Komponenten des Ultraschallstapels ausgetauscht werden, wobei die neuen Komponenten in der Lage sind, die Ultraschallstromversorgung fein abzustimmen, um die gewünschte Amplitude der mechanischen Anregung des Ultraschallstapels zu erhalten.
Da der Wert von d₃₃ mit der Zeit in einem Ultraschallkonverter auch abnehmen kann, ist, wenn die Anreger-Amplitude des Ultraschallstapels nicht vor Ort gemessen werden kann, die tatsächliche Amplitude am Ende des Ultraschallstapels im Stand der Technik nach einem Nutzungszeitraum nicht bekannt.
Ultraschallstapel und ihre Komponenten haben eine begrenzte Lebensdauer. Im Stand der Technik wurde ihre Betriebsdauer üblicherweise nicht verfolgt und vorhergesagt. Ein Nutzer weiß daher üblicherweise nicht, wann die Komponenten auszutauschen sind und die Garantie basiert nicht auf der Betriebsdauer sondern auf dem Verkaufsdatum. Ultraschallkonverter sind des Weiteren Ausfällen unterworfen, wenn sie einer zu hohen Temperatur ausgesetzt sind. Im Stand der Technik wurde die Temperatur des Ultraschallkonverters üblicherweise nicht verfolgt und bei Ausfall des Ultraschallkonverters war nicht bekannt, ob der Ausfall durch eine Über-Temperatur verursacht wurde.
Im Stand der Technik wurden Seriennummern, Teilenummern, Produktnamen und Nominalwerte wie nominaler Verstärkungsfaktor einer passiven Ultraschallkomponente mit den Komponenten eines Ultraschallstapels aufgezeichnet, jedoch wurden auf den Komponenten selbst anwesende Betriebsinformationen zu den Komponenten nicht verfolgt und oder gespeichert und mit den Komponenten selbst verknüpft. Wie hier verwendet, bedeutet Betriebsinformationen Informationen, die Betriebsmerkmale der Komponente messen oder den Betrieb der Komponente im Ultraschall-System definieren, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Im Stand der Technik wurden Vorfälle von gebrochenen Ultraschallstapelkomponenten oder lockeren Verbindungen zwischen den Komponenten üblicherweise entweder gar nicht aufgezeichnet oder nur mit der Stromversorgung aufgezeichnet. Gebrochene Komponenten, die nicht weggeworfen wurden, konnten daher versehentlich wieder in Betrieb genommen werden.
Im Stand der Technik werden Ultraschallprozessrezepte in Ultraschallstromversorgungen für einen vorgegebenen Ultraschallstapel und Ultraschallprozess gespeichert. Wenn der Ultraschallstapel jedoch zu einer anderen Stromversorgung bewegt wird, bewegt sich das Ultraschallprozessrezept nicht mit dem Ultraschallstapel und muss in die andere Stromversorgung eingegeben werden.
1 zeigt ein Modell eines typischen Ultraschallsystems 100 aus dem Stand der Technik, welches einen Ultraschallstapel 102 und eine Ultraschallstromversorgung 104 hat. Es versteht sich, dass das Ultraschallsystem 100 jede Art Ultraschallsystem sein kann, das einen Ultraschallstapel hat, der durch eine Ultraschallstromversorgung angeregt wird. Übliche Komponenten des Ultraschallstapels 102 umfassen einen Ultraschallkonverter 106, einen Verstärker 108 und eine Ultraschall-Sonotrode 110. Es ist darauf hinzuweisen, dass nicht jeder Ultraschallstapel 102 einen Verstärker 108 umfasst. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass nicht jeder Ultraschall stapel 102 eine Ultraschall-Sonotrode 110 umfasst. Die Ultraschall-Sonotrode 110 wird oft eine oder mehrere Ultraschall-Sonotrodenspitzen (nicht gezeigt) haben. Der Verstärker 108 und die Ultraschall-Sonotrode 110 sind mit dem Ultraschallkonverter 106 (direkt oder über andere Komponenten) durch Ultraschall verbunden. Im Beispiel der 1 ist der Verstärker 108 an den Ultraschallkonverter 106 montiert, wodurch der Verstärker 108 mit dem Ultraschallkonverter 106 durch Ultraschall verbunden wird, und die Ultraschall-Sonotrode 110 ist an den Verstärker 108 montiert, wodurch die Ultraschall-Sonotrode 110 mit dem Verstärker 108 mittels Ultraschall verbunden wird, und wodurch die Ultraschall-Sonotrode 110 mit dem Ultraschallkonverter 106 über den Verstärker 108 mit Ultraschall verbunden wird.
Die Stromversorgung 104 wird durch ein Steuergerät 114 gesteuert, das einen Speicher 116 umfasst. Es versteht sich, dass das Steuergerät 114 in der Stromversorgung 104 enthalten sein kann oder von der Stromversorgung 104 getrennt sein kann.
Das Ultraschall-System 100 umfasst oft einen Amboss 122, auf welchem ein zu verarbeitendes Werkstück gestützt wird und von der Ultraschall-Sonotrodenspitze 112 berührt wird, wenn es verarbeitet wird. Falls zum Beispiel zwei Metall- oder Kunststoffteile 124 zusammengeschweißt werden, werden sie auf einem Amboss 122 gestützt und durch die Ultraschall-Sonotrodenspitze während des Schweißprozesses zusammengepresst, wenn das Stellglied oder der Aktuator 120 den Ultraschallstapel 102 relativ zu den zwei Teilen 124 bewegt, wo die Sonotrodenspitze auch durch Ultraschall gegen eines der Teile vibriert, um die zwei Teile 124 durch Ultraschall zusammenzuschweißen. Der Aktuator 120 wird durch ein Steuergerät 126 gesteuert, welches ein vom Steuergerät 114 der Ultraschall-Stromversorgung 104 separates Steuergerät sein kann oder das Steuergerät 114 der Ultraschall-Stromversorgung 104 kann den Aktuator 120 steuern.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit, und ist keine umfassende Offenbarung in vollem Umfang oder all ihrer Merkmale.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Offenbarung hat ein Ultraschall-System einen Ultraschallstapel, der durch eine Ultraschall-Stromversorgung angetrieben wird, wobei der Ultraschallstapel eine oder mehr intelligente Ultraschall-Komponenten aufweist, wobei eine der intelligenten Ultraschall-Komponenten ein Ultraschallkonverter ist, der durch die Ultraschallstromversorgung angeregt wird. Wenn der Ultraschallstapel mehr als eine intelligente Ultraschallkomponente aufweist, umfassen die intelligenten Ultraschall-Komponenten den Ultraschallkonverter und eine oder mehr passive Ultraschall-Komponenten, welche in einem Aspekt eine Ultraschall-Sonotrode und in einem anderen Aspekt einen Ultraschall-Verstärker und eine Ultraschall-Sonotrode umfassen. Der intelligente Ultraschallstapel verfügt über Betriebsinformationen zu jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente des intelligenten Ultraschallstapels, die mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente statisch oder dynamisch verbunden sind.
Das Vorstehende kann optional einen oder mehrere der folgenden Aspekte umfassen, wobei jeder davon einzeln mit dem Vorstehenden kombiniert werden kann oder sie können in einer beliebigen Kombination miteinander und dem Vorstehenden kombiniert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist zusätzlich zum vorstehenden Aspekt umfasst: Veranlassen, dass eine Ultraschall-Stromversorgung, die den Ultraschallkonverter anregt, die Betriebsinformation liest, die mit jeder intelligenten Ultraschallstapel-Komponente verbunden ist, und Veranlassen, dass die Ultraschall-Stromversorgung das Ultraschall-System basierend auf den ausgelesenen Betriebsinformationen betreibt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten des intelligenten Ultraschallstapels Informationen für jede präzise Amplitudensteuerung des Anregersignals, das die Ultraschall-Stromversorgung erzeugt, um den Ultraschallkonverter anzuregen und ein oder mehrere Ultraschall-Prozessrezepte, mit denen jede Ultraschallstapelkomponente verbunden ist. In einem Aspekt hat jede intelligente Ultraschallstapel-Komponente eine Identifikationsinformation, wie eine Seriennummer, die mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden oder dieser zugeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ruft die Ultraschall-Stromversorgung, die den Ultraschallstapel antreibt, die Informationen zu jeder Komponente im Stapel automatisch ab. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung speichert die Stromversorgung, wenn die Informationen dynamisch mit der Komponente verbunden sind die Informationen an dem gewünschten Ort, egal ob an der Komponente oder entfernt von der Komponente.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Informationen zu den Ultraschallstapelkomponenten Informationen zu ihren jeweiligen Ultraschallanreger-Amplituden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Ultraschallstromversorgung mit einer Steuerlogik ausgestattet, die diese Informationen zu den individuellen Ultraschallstapelkomponenten des Ultraschallstapels, den die Ultraschallstromversorgung mit Strom versorgt, verwendet und die Amplitude der AC-Anregerspannung oder die Amplitude des Anregerstroms automatisch anpasst, um eine gewünschte mechanische Anreger-Amplitude am Ende des Ultraschallstapels zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Information zu den Ultraschallstapelkomponenten eine Ultraschallprozessrezeptinformation. Die Ultraschallprozessrezeptinformation wird automatisch geschrieben und gelesen von der Ultraschallstromversorgung, um den Ultraschallprozess durch das Ultraschallprozessrezept zu steuern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Amplitudenparameter von jeder Komponente des Ultraschallstapels in die Ultraschallstromversorgung eingegeben. Die Ultraschallstromversorgung berechnet dann das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, welches das Produkt aller Amplitudenparameter ist. Die Ultraschallstromversorgung verwendet dann das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, um die Amplitude des AC-Anregersignals zu bestimmen, bei welcher der Ultraschallkonverter anzuregen ist, um eine gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude des Ultraschallstapels zu erhalten und setzt die Amplitude des AC-Anregersignals auf diese bestimmte Amplitude.
In einem Aspekt wird die gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude in die Ultraschallstromversorgung eingegeben.
In einem Aspekt wird jedes Mal dann, wenn eine intelligente Ultraschallstapelkomponente durch eine intelligente Ersatzultraschallkomponente ersetzt wird, die Betriebsinformation zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten, die in einem beliebigen der zuvor genannten Steueraspekte verwendet wird, aktualisiert, indem anstelle der Betriebsinformationen zu der intelligenten Ultraschallkomponente, die ersetzt wurde, die Betriebsinformationen zu der intelligenten Ersatzultraschallkomponente verwendet wird.
Weitere Anwendungsbereiche werden ersichtlich aus der hierin enthaltenen Beschreibung. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind lediglich zu Illustrierungszwecken vorgesehen und sind nicht dafür vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Illustration ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Umsetzungen, und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines üblichen Ultraschallsystems aus dem Stand der Technik;
2 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Ultraschallsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zur Bestimmung einer Amplitude eines AC-Anregersignals, bei welchem eine Stromversorgung eines Ultraschallsystems einen Ultraschallkonverter eines Ultraschallstapels des Ultraschallsystems anregt;
4 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zur Verwendung eines vorgegebenen Ultraschall-Prozessrezeptes, um den Ultraschallprozess erst dann zu steuern, nachdem bestimmt wurde, dass der intelligente Ultraschallstapel für das vorgegebene Ultraschallprozess-Rezept gültig ist; und
5 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Steuerlogik einer Steuerroutine, um einen Benutzer zu alarmieren, dass eine intelligente Ultraschallstapelkomponente gebrochen ist und dass wiederholt lockere Verbindungen zwischen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten auftreten.

Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die folgende Erläuterung findet statt unter Bezugnahme auf das Ultraschall-System 200 der 2, es versteht sich jedoch, dass das Folgende auf jedes beliebige Ultraschall-System anwendbar ist, das einen intelligenten Ultraschallstapel umfasst. In diesem Zusammenhang bedeutet die Identifizierung bestimmter Komponenten in 2 mit entsprechenden Bezugsnummern aus 1 nicht, dass die Assoziation von Betriebsinformationen mit intelligenten Ultraschallstapelkomponenten des intelligenten Ultraschallstapels im Stand der Technik vorhanden ist und die verschiedenen Verfahren zur Verwendung dieser Informationen beim Betrieb des Ultraschallsystems 200 gemäß der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung bedeuten nicht, dass dieser Gegenstand im Stand der Technik vorhanden ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verfügt der intelligente Ultraschallstapel 202 des Ultraschallsystems 200 über Betriebsinformationen zu jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202, der zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 gehört, statisch oder dynamisch. Wie hierin verwendet, ist ein intelligenter Ultraschallstapel ein oder mehrere Konverter, der an keine oder passivere Ultraschallkomponenten angebracht ist, mit seiner dazugehörigen Betriebsinformation und eine intelligente Ultraschallstapelkomponente ist ein Konverter, ein Verstärker, eine Sonotrode, oder eine beliebige andere passiv angetriebene Ultraschallkomponente mit verbundener oder zugehöriger Betriebsinformationen für jede Komponente. Wie hierin verwendet, bedeutet das Verbinden oder Zuordnen von Betriebsinformationen über eine bestimmte intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201, dass die Betriebsinformationen mit der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden sind, sodass dann, wenn die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 in dem intelligenten Ultraschallstapel 202 installiert ist, die Betriebsinformationen zu der bestimmten intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 abgerufen und in die Ultraschallstromversorgung 104, wie in das Steuergerät 114, das die Ultraschallstromversorgung 104 steuert, eingegeben werden können.
Diese Verbindung oder Zuordnung bedeutet, ist hierauf aber nicht beschränkt, dass die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 mit den Informationen zur intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 gekennzeichnet wird, die Informationen in einem Speichergerät gespeichert werden, das mit der intelligenten Ultraschallkomponente 201 verpackt wird (wie einem USB-Speicherstick) oder das in der intelligenten Ultraschallkomponente 201 befestigt oder eingebettet wird (wie einem Mikrochip), oder dass die intelligente Ultraschallkomponente 201 mit einem spezifischen Identifikationscode (wie einer Seriennummer) identifiziert wird, der an die intelligente Ultraschallkomponente 201 angebracht oder damit verpackt ist, und der spezifische Identifikationscode und die Informationen in einer Datenbank gespeichert werden wobei die Informationen mit dem spezifischen Identifikationscode verbunden sind. Diese Datenbank kann im Speicher 116 des Steuergeräts 114 der Ultraschallstromversorgung 104 gespeichert werden, oder davon entfernt, wie auf einem fernen oder Remote-Server. Die Kennzeichnung der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 mit den Betriebsinformationen dazu umfasst, ist aber nicht darauf begrenzt, die Kennzeichnung der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201, die Kennzeichnung der Verpackung für die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 und/oder die Aufnahme der Betriebsinformationen in einer Packungsbeilage in der Verpackung, wie in einem Benutzerhandbuch oder dergleichen. Die Kennzeichnung kann die Betriebsinformationen in einer für den Menschen lesbaren Form enthalten, in einer maschinenlesbaren Form wie einem Barcode, QR-Code oder einer RF-ID-Kennzeichnung (Radiofrequenz-Identifikation) oder in einer sowohl für den Mensch als auch für die Maschine lesbaren Form. Die Kennzeichnung kann ein Ätzen der Betriebsinformationen (oder eines Codes für die Information) auf die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201, Aufdrucken auf die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 oder Befestigung einer Kennzeichnung oder eines Labels an die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 mit den Informationen (oder einem Code für die Information) darauf umfassen.
Wie hierin verwendet, sind die Betriebsinformationen statisch mit einer intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden, wenn die Betriebsinformationen die gleichen bleiben, sobald sie mit der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden sind und danach nicht geändert werden. Ein Beispiel ist der nominale Verstärkungsfaktor der intelligenten Ultraschallstapelkomponente. Betriebsinformationen werden dynamisch mit einer intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden, wenn die Betriebsinformationen von Zeit zu Zeit aktualisiert werden. Ein Beispiel umfasst das/die Ultraschallprozessrezept(e), das/die mit der intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden ist/sind, so wie wenn das Ultraschallrezept verändert wird oder ein anderes Ultraschallrezept, das mit der intelligenten Ultraschallkomponente verbunden ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen Betriebsinformationen zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202 Informationen zur präzisen Amplitudensteuerung des Anregersignals, das die Ultraschallstromversorgung 104 erzeugt, um den Ultraschallkonverter 206 anzuregen und eines oder mehrere Ultraschallprozessrezepte, mit dem jede intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden ist. In einem Aspekt hat jede Ultraschallstapelkomponente 201 Identifikationsinformation, wie eine Seriennummer, die mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden ist, wie oben zum Hintergrund der vorliegenden Anmeldung beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ruft die Ultraschallstromversorgung 104, die den intelligenten Ultraschallstapel 102 mit Strom versorgt, automatisch die Betriebsinformationen zu jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente in der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 ab. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wenn die Betriebsinformationen dynamisch mit der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden sind, speichert die Ultraschallstromversorgung 104 die Betriebsinformationen automatisch an dem gewünschten Ort, sei es an der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 oder entfernt von der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 Informationen über deren jeweilige Ultraschallanreger-Amplituden. Im Falle eines Ultraschallkonverters sind die Informationen zu den Ultraschallanreger-Amplituden das Mechanische-zu-elektrisch-Anregerverhältnis des Ultraschallkonverters, und im Falle der anderen Ultraschallstapelkomponenten sind die Informationen über deren Anreger-Amplituden deren entsprechender mechanischer Verstärkungsfaktor, auch bekannt als akustischer Verstärkungsfaktor.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Ultraschallstromversorgung 104 mit einer Steuerlogik ausgebildet, die diese Betriebsinformationen verwendet, die mit den individuellen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202, den die Ultraschallstromversorgung 104 mit Strom versorgt, verbunden sind, und passt automatisch die Amplitude der AC-Anregerspannung oder die Amplitude des Anregerstroms an, um eine gewünschte mechanische Anreger-Amplitude am Ende des intelligenten Ultraschallstapels 202 zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden Temperatur, Nutzungszyklen, Überspannungen, Überströme, Zeit und Stromverbrauch der intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 und des intelligenten Ultraschallstapels 202 verfolgt, wie anwendbar, und werden wie anwendbar mit den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 und dem intelligenten Ultraschallstapel 202 verbunden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen zu jeder Ultraschall stapelkomponente 201 physikalische Informationen zur Masse, Länge und dem mechanischen Anregerverstärkungsfaktor (für jede passive intelligente Ultraschallstapelkomponente 201), und dem Material, aus dem die intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 hergestellt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen zur intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 Serviceinformationen zur intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten Informationen zu gebrochenen Komponenten und lockeren Verbindungen. In einem Aspekt, wenn eine intelligente Ultraschallkomponente 201 gebrochen ist, wird ein Nutzer alarmiert, wie z.B. durch die Ultraschallstromversorgung 104, die gebrochene Komponente nicht zu verwenden. In einem Aspekt falls eine lockere Verbindung zwischen beliebigen der intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 besteht, wird ein Nutzer alarmiert, wie z.B. durch die Ultraschallstromversorgung 104, die Verbindung auf mögliche Abnutzung zu untersuchen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Verbindung umfassen die Betriebsinformationen zu den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 Ultraschallprozessrezeptinformationen (weiter unten im Detail beschrieben), die mit einem intelligenten Ultraschallstapel 202 verbunden sind, der intelligente Ultraschallstapelkomponenten hat, mit denen diese Ultraschallprozessrezeptinformationen verbunden sind. Die Ultraschallprozessrezeptinformationen werden automatisch durch die Ultraschallstromversorgung 104 oder das Steuergerät 212 wie anwendbar gelesen, um den Aktuator 120 und die Ultraschallstromversorgung 104 durch die Ultraschallprozessrezepte zu steuern. Ein Vorteil wenn die Ultraschallprozessinformationen mit dem intelligenten Ultraschallstapel 202 anstatt der Ultraschallstromversorgung 104 verbunden ist, ist, dass dann, wenn der intelligente Ultraschallstapel 202 zu einem anderen Ultraschallsystem bewegt wird, das Ultraschallprozessrezept mit dem intelligenten Ultraschallstapel 202 mitgeht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die Betriebsinformationen einen Amplitudenparameter von jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 des intelligenten Ultraschallstapels 201, der in die Ultraschallstromversorgung 104, illustrativ die Steuerung 114 der Ultraschallstromversorgung 104, eingegeben wird. Die Ultraschallstromversorgung berechnet dann das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, welches das Produkt aller Amplitudenparameter ist. Die Ultraschallstromversorgung 104 verwendet dann das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, um die Amplitude des AC-Anregersignals zu bestimmen, bei welchem der Ultraschallkonverter 206 anzuregen ist, um eine gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude des intelligenten Ultraschallstapels 202 zu erreichen und setzt die Amplitude des AC-Anregersignals auf diese bestimmte Amplitude. Es versteht sich, dass die Amplitude des AC-Anregersignals, das gesetzt wird, die Amplitude des Stroms des AC-Anregersignals ist, wenn die Ultraschallstromversorgung 104 eine stromgeregelte Ultraschallstromversorgung ist und die Amplitude der Spannung des AC-Anregersignals, wenn die Ultraschallstromversorgung 104 eine spannungsgesteuerte Ultraschallstromversorgung ist.
In einem Aspekt wird die gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude in die Ultraschallstromversorgung 104 eingeben, wie z.B. durch einen Nutzer. Der Nutzer, der ein Bediener des Ultraschallsystems 200 sein kann, kann dann eine gewünschte mechanische Anreger-Amplitude des intelligenten Ultraschallstapels 202 anfordern, die auch die mechanische Anreger-Amplitude am Ausgangsende der Ultraschall-Sonotrode 210 ist, indem diese gewünschte mechanische Anreger-Amplitude in die Ultraschallstromversorgung 104 eingegeben wird.
Der Amplitudenparameter für jede beliebige individuelle intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 kann ein gemessener Wert oder ein Nominalwert sein und die intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202 können alle Messwerte für ihre Amplitudenparameter haben, können alle nominale Werte für ihre Amplitudenparameter haben, oder die Amplitudenparameter können eine Kombination aus gemessenen und nominalen Werten sein, bei denen eine oder mehrere intelligente Ultraschallstapelkomponenten 201 einen Messwert für ihre Amplitudenparameter haben und jede andere intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 einen Nominalwert für ihre Amplitudenparameter hat.
Wenn eine intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 in einem intelligenten Ultraschallstapel 202 eingesetzt ist, wird ihr Amplitudenparameter in die Ultraschallstromversorgung 104 eingegeben, die den intelligenten Ultraschallstapel 202 mit Strom versorgt, der auch die Amplitudenparameter der anderen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202 umfasst. Die Ultraschallstromversorgung 103 berechnet dann das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis unter Verwendung der Amplitudenparameter für die intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201, die dann den intelligenten Ultraschallstapel 202 einschließlich des Amplitudenparameters für eine beliebige neu eingesetzte intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 bilden. Illustrativ werden die Amplitudenparameter im Speicher 118 gespeichert, der mit der Steuerung 114 der Ultraschallstromversorgung 104 verbunden ist. Die Ultraschallstromversorgung 104 verwendet dann das neu berechnete gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, um die Amplitude des AC-Anregersignals (Spannung oder Strom) zu bestimmen, bei welchem der Ultraschallkonverter 206 anzuregen ist, um die gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude des intelligenten Ultraschallstapels 202 zu erreichen, und setzt die Amplitude des AC-Anregersignals auf diese bestimmte Amplitude. In einem Aspekt wird die gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude in die Ultraschallstromversorgung 104 durch einen Nutzer eingegeben.
3 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Steuerlogik für eine Steuerroutine der obigen Steuerung der Stromversorgung 104, die in die Stromversorgung 104 eingebaut ist, wie z.B. in die Steuerung 114 der Stromversorgung 104. Die Steuerroutine beginnt bei 300, wenn eine intelligente Ultraschallkomponente 201 in einen intelligenten Ultraschallstapel 202 eingesetzt wird. In dieser Hinsicht kann die intelligente Ultraschallkomponente 201 als Teil des ursprünglichen Zusammenbaus oder der Baugruppe des intelligenten Ultraschallstapels 202 oder als Ersatz für eine bestehende intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202 eingesetzt werden. Bei 302 wird der Amplitudenparameter der eingesetzten intelligenten Ultraschallkomponente 201 in die Ultraschallstromversorgung 104 eingebaut. Bei 304 berechnet die Ultraschallstromversorgung 104 das gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis des intelligenten Ultraschallstapels 202 unter Verwendung der Amplitudenparameter der intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des intelligenten Ultraschallstapels 202 umfassend den Amplitudenparameter der intelligenten Ultraschallstapelkomponente, die in die intelligente Ultraschallstapelkomponente 202 eingesetzt wurde. Bei 306 verwendet die Ultraschallstromversorgung 104 dann das neu berechnete gesamte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis, um die Amplitude des AC-Anregersignals zu bestimmen, bei welcher der Ultraschallkonverter 206 anzuregen ist, um die gewünschte gesamte mechanische Anreger-Amplitude des intelligenten Ultraschallstapels 202 zu erzielen. Bei 308 setzt die Ultraschallstromversorgung 104 die Amplitude des AC-Anregersignals auf diese bestimmte Amplitude. Bei 310 endet die Steuerroutine. Es versteht sich, dass für den Fall, dass die intelligente Ultraschallstapelkomponente eine Ersatzkomponente ist, die Betriebsinformation, mit der die Ersatzkomponente verbunden ist, anstelle der Betriebsinformationen verwendet werden, mit der die intelligente Ultraschallstapelkomponente, verbunden ist, die ersetzt wurde.
In einem Aspekt wird das Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis des Ultraschallkonverters 206 (das sein Amplitudenparameter ist, wie oben beschrieben), gemessen, wenn der Ultraschallkonverter 206 hergestellt wird. Der Ultraschallkonverter 206 wird mit einem AC-Anregersignal (Spannung oder Strom) gemessen, das eine bekannte Amplitude umfasst, und seine mechanische Anreger-Amplitude wird gemessen, üblicherweise mit einem Laservibrometer gemessen. Das Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis wird dann berechnet, indem die gemessene mechanische Anreger-Amplitude durch die bekannte AC-Anregersignalamplitude dividiert wird. Da dieses Verhältnis unter Verwendung der gemessenen mechanischen Anreger-Amplitude und der bekannten AC-Anregersignalamplitude bestimmt wird, wie hierin verwendet, ist dieses Verhältnis ein gemessenes Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis. Dieses gemessene Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis wird dann mit dem Ultraschallkonverter 206 verbunden, wie oben beschrieben.
In einem Aspekt wird der mechanische Verstärkungsfaktor jeder passiven Ultraschallkomponente (der ihr Amplitudenparameter ist, wie oben beschrieben), wie Verstärker und Ultraschall-Sonotroden gemessen, wenn die passive Komponente hergestellt wird. Zum Beispiel wird ein Ultraschallkonverter mit einem bekannten Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis an die passive Ultraschallkomponente angebracht und mit einem bekannten AC-Anregersignal (Spannung oder Strom) angeregt und die gesamte mechanische Anreger-Amplitude wird gemessen, üblicherweise mit einem Laservibrometer. Der mechanische Verstärkungsfaktor der passiven Komponente wird dann berechnet, indem die gesamte mechanische Anreger-Amplitude durch das bekannte Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis des Ultraschallkonverters geteilt wird. Dieser mechanische Verstärkungsfaktor wird dann mit der passiven Ultraschallkomponente verbunden. Da dieser mechanische Verstärkungsfaktor unter Verwendung der gemessenen gesamten mechanischen Anreger-Amplitude und des bekannten Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnisses des Ultraschallkonverters bestimmt wird, wie hierin verwendet, ist der mechanische Verstärkungsfaktor ein gemessener mechanischer Verstärkungsfaktor.
Es ist bekannt, dass Ultraschallkonverter nominale Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnisse basierend auf ihrer Gestaltung haben. In einem Aspekt wird das nominale Mechanisch-zu-elektrisch-Anregerverhältnis mit dem Ultraschallkonverter 206 verbunden (der dann eine intelligente Ultraschallstapelkomponente ist), wenn er als der Amplitudenparameter des Ultraschallkonverters 206 hergestellt wird. Wie ebenfalls bekannt ist, haben passive Ultraschallkomponenten nominale mechanische Verstärkungsfaktoren basierend auf ihren Gestaltungen. In einem Aspekt wird der nominale mechanische Verstärkungsfaktor der passiven Ultraschallkomponente (die dann eine intelligente Ultraschallkomponente ist) bei Herstellung zugeordnet als der Amplitudenparameter der passiven Ultraschallkomponente.
Zur Steuerung des Ultraschallprozesses umfassen die Betriebsinformationen ein oder mehrere Ultraschallprozessrezepte, die mit jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 verbunden sind. Ein vorgegebenes Ultraschallprozessrezept wäre nur für einen vorgegebenen intelligenten Ultraschallstapel 202 gültig, bei dem alle intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 dieses intelligenten Ultraschallstapels 202 mit diesem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden sind. In einem Aspekt liest die Ultraschallstromversorgung 104 die Kennungen für die intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des zu verwendenden intelligenten Ultraschallstapels 202 und überprüft, ob jede intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 mit diesem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden ist. Die Ultraschallstromversorgung 104 verifiziert dann, dass der intelligente Ultraschallstapel 202, der diese spezifischen individuellen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 umfasst, ein gültiger intelligenter Ultraschallstapel 202 für das vorgegebene Ultraschallprozessrezept ist, wenn alle intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des zu verwendenden intelligenten Ultraschallstapels 202 mit diesem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden bzw. diesem zugeordnet sind. Wie im Stand der Technik bekannt, umfassen Ultraschallprozessrezepte die ganzen Informationen die benötigt werden, um den Ultraschallprozess zu steuern und umfassen, sind hierauf aber nicht beschränkt, automatisierte Ansteuerungsinstruktionen zur Steuerung der Ultraschallstromversorgung 104. Die Ultraschallstromversorgung 104 verwendet dann, nachdem festgestellt wurde, dass der intelligente Ultraschallstapel 202 für das vorgegebene Ultraschallprozessrezept gültig ist, dieses Ultraschallprozessrezept, um den Ultraschallprozess zu steuern. In einem Aspekt liest die Ultraschallstromversorgung 104 das vorgegebene Ultraschallrezept von dort, wo es gespeichert ist, falls es nicht in der Ultraschallstromversorgung 104 gespeichert ist.
4 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Steuerlogik für eine Steuerroutine zur Validierung, dass der intelligente Ultraschallstapel für ein vorgegebenes Ultraschallprozessrezept gültig ist, bevor dieses vorgegebene Ultraschallprozessrezept in der Steuerung des Ultraschallprozesses verwendet wird. Die Steuerroutine beginnt bei 400 und wählt bei 402 ein vorgegebenes Ultraschallprozessrezept für die Verwendung aus. Bei 404 bestimmt die Steuerroutine, ob jede intelligente Ultraschallkomponente 201 des zu verwendenden intelligenten Ultraschallstapels 202 mit dem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden ist. Die Steuerroutine geht dann weiter zu 406, wo sie überprüft, ob alle intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des zu verwendenden intelligenten Ultraschallstapels 202 mit dem vorgegebenen Ultraschallrezept verbunden sind. Falls nicht, ist der zu verwendende intelligente Ultraschallstapel 202 für das Ultraschallrezept nicht gültig und die Steuerroutine zweigt ab zu 408, wo ein Nutzer alarmiert wird, dass der zu verwendende intelligente Ultraschallstapel 202 nicht gültig ist und geht weiter zu 401, wo sie endet, ohne dass das vorgegebene Ultraschallrezept verwendet wird, um den Ultraschallprozess zu steuern. Für den Fall dass bei 406 festgestellt wird, dass alle intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 des zu verwendenden intelligenten Ultraschallstapels 202 mit dem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden sind, ist der zu verwendende Ultraschallstapel 202 für das vorgegebene Ultraschallprozessrezept gültig und die Steuerroutine geht weiter zu 410, wo die Ultraschallstromversorgung 104 das vorgegebene Ultraschallprozessrezept verwendet, um den Ultraschallprozess zu steuern.
In einem Aspekt werden lockere Verbindungen zwischen beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201, gebrochene intelligente Ultraschallstapelkomponenten 201 und gebrochenes Piezomaterial des Ultraschallkonverters 206 als Betriebsinformationen mit jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 (wie anwendbar) als Betriebsinformationen verbunden. In einem Aspekt, wenn eine intelligente Ultraschallstapelkomponente 201 gebrochen ist, wird ein Nutzer alarmiert, wie z.B. durch die Ultraschallstromversorgung 104, die gebrochene Komponente nicht zu verwenden. In einem Aspekt, wenn eine wiederholte lockere Verbindung zwischen einer beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 besteht, wird der Nutzer alarmiert, wie z.B. durch die Ultraschallstromversorgung 104, die Verbindung auf möglichen Verschleiß zu prüfen.
5 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Steuerlogik einer Steuerroutine zur Alarmierung eines Nutzers, dass eine intelligente Ultraschallstapelkomponente gebrochen ist und dass wiederholte lockere Verbindungen zwischen den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten auftreten. Die Steuerroutine beginnt bei 500 und geht weiter zu 502, wo sie überprüft, ob die Betriebsinformationen, die mit einer intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden sind und für den Gebrauch in Betracht gezogen werden, gebrochen ist. Falls die Betriebsinformationen darauf hinweisen, dass die in Betracht gezogene intelligente Ultraschallstapelkomponente gebrochen ist, zweigt die Steuerroutine zu 504 ab, wo sie einen Nutzer alarmiert, dass die intelligente Ultraschallstapelkomponente gebrochen ist und geht dann weiter zu 506. Falls die Betriebsinformationen bei 502 darauf hingewiesen haben, dass die in Betracht gezogene intelligente Ultraschallstapelkomponente nicht gebrochen war, geht die Steuerroutine weiter zu 506. Bei 506 überprüft die Steuerroutine, wo die Betriebsinformation, die mit den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten im intelligenten Ultraschallstapel verbunden ist, darauf hinweist, dass wiederholte lockere Verbindungen zwischen beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten aufgetreten sind. Falls dies der Fall ist, geht die Steuerroutine weiter zu 508, wo sie einen Nutzer alarmiert, auf lockere Verbindungen zu überprüfen und zweigt zurück zu 502. Falls die Betriebsinformationen bei 506 nicht auf wiederholte lockeren Verbindungen zwischen den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten hingewiesen haben, zweigt die Steuerroutine zurück zu 502.
In einem Aspekt umfassen die Betriebsinformationen Serviceinformation, welche den Aufbauort und das Datum, Servicehistorie, Garantiestatus, verbleibende Lebensdauer der Einheit und Servicenotizen umfassen, die, wie anwendbar, mit den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 verbunden sind.
In einem Aspekt identifizieren die Informationen zu jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201, sind aber nicht hierauf beschränkt: Komponentennamen, Katalognummer, Seriennummer, Aufbaudatum und Aufbauort und sind mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden, ähnlich jener, die im Hintergrund der vorliegenden Anmeldung bezüglich Ultraschallstapelkomponenten beschrieben sind.
Es versteht sich, dass die Informationen zur intelligenten Ultraschallstapelkomponente 201 in die Ultraschallstromversorgung 104 unter Verwendung von bekannten Verfahren wie Anwender-Schnittstellen-Geräten (UI-Geräten; User Interface Devices), wie beispielsweise Tastaturen oder Touchscreens, Spracheingabe, Scangeräte, RF-ID-Leser, USB-Anschlüssen eingegeben werden können, oder die Ultraschallstromversorgung greift auf die Datenbank zu, in der der spezifische Identifikationscode der intelligenten Ultraschallstapelkomponente und dazugehörige Informationen gespeichert sind, und ruft die dazugehörigen Informationen aus der Datenbank ab. Das Verfahren hängt von der Art ab, in welcher die Informationen mit der intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden wurden.
Ein Vorteil des Vorstehenden ist, dass die mechanische Anreger-Amplitude des intelligenten Ultraschallstapels 200 fein abgestimmt werden kann, um Abweichungen des Piezomaterials und Herstellungsveränderungen zu erfassen, wenn die intelligenten Ultraschallstapelkomponenten 201 ausgetauscht werden, ohne dass die Mechanisch-zu-elektrisch-Anreger-Amplitude vor Ort gemessen werden muss. Die Messung vor Ort ist oft impraktikabel.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die intelligenten Ultraschallstapelkomponenten einfach ausgetauscht werden können, und dass die Amplitude der mechanischen Anregung präzise gesteuert werden kann.
In einem Aspekt hat ein untergebrachter oder eingebauter Konverter einen Piezostapel, Elektroden, Vorderantrieb, Hinterantrieb und Befestigungsmittel (Bolzen). Ein Verschiebungssensor im Mikrometerbereich befindet sich in einem Gehäuse des untergebrachten Konverters. Dieser Sensor kann, zum Beispiel, ein konfokaler Faserverschiebungssensor der Serie ZW-7000 sein, die von der OMRON Corporation, Shiokoji Hoikawa, Shimogyo-ku, Kyoto 600-8530, Japan erhältlich ist. Dieser Sensor kann im Inneren des Konverters angebracht sein, um die Verschiebung bzw. den Versatz des Hinterantriebs zu beobachten, der identisch ist mit der Verschiebung des Vorderantriebs, da der Umformer ein Halbwellen-Resonanzgerät ist. Das Signal von diesem Sensor kann zu einer typischen Steuerung zurückgeführt werden, die die Beziehung zwischen Bewegungsspannung und Verschiebung kennt. Aufgrund der bekannten Beziehung kann die Amplitude des Konverters präzise gesteuert werden. Falls man den Verstärkungsfaktor des Rests des Stapels (Verstärker und Sonotrode) eingibt, kann eine akkurate Steuerung der Fläche der Sonotrode erzielt werden. Dieser Sensor kann auch in der Basis des Ultraschweißgeräts platziert werden, um die Verschiebung der Sonotrode, die die zu schweißenden Teile berührt, zu beobachten. Ein Fachmann auf diesem Gebiet versteht, dass es unterschiedliche Montageverfahren und -orte gibt, um dies zu erreichen, was von einem Fachmann auf diesem Gebiet einfach feststellbar ist.
In einem anderen Aspekt umfasst das Konvertergehäuse einen Wärmesensor, um die Temperatur des Piezo zu überwachen. Eine Amplitudensteuerung des Konverters kann basierend auf der Temperatur des Stapels modifiziert werden. Das Gerät könnte den Nutzer ebenfalls alarmieren, falls der Stapel eine kritische Temperatur ähnlich zu depolarisierenden Bedingungen überteigt, die einen dauerhaften Schaden des piezoelektrischen Materials verursachen kann. Ein Wärmesensor kann auch verwendet werden, um die Sonotrodentemperatur zu überwachen und dadurch die Amplitude als eine Funktion der Sonotrodentemperatur zu modifizieren.
Wie hierin verwendet können sich die Begriffe Steuerung oder Regler, Steuermodul, Steuerungssystem oder dergleichen beziehen auf, Teil sein von, oder umfassen: einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen kombinierbaren logischen Schaltkreis; eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA); einen Prozessor (geteilt, eigenen oder Gruppenprozessor) der einen Code ausführt; eine programmierbare logische Steuerung, ein programmierbares Steuersystem wie ein prozessorbasiertes Steuersystem umfassend ein computerbasiertes Steuersystem, eine Prozesssteuerung wie eine PID-Steuerung, oder andere passende Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen oder die obige Funktionalität bereitstellen, wenn sie mit der wie hierin beschriebenen Software programmiert werden; oder eine Kombination einiger oder aller Obigen, wie in einem System-auf-Chip (System-On-Chip). Der Begriff Modul kann einen Speicher (geteilt, eigenen oder Gruppenspeicher) umfassen, der den Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird. Wenn angegeben ist, dass solch ein Gerät eine Funktion ausführt, versteht sich, dass das Gerät so ausgestaltet ist, dass es die Funktion durch passende Logik, wie bspw. Software, durch Hardware oder durch eine Kombination davon ausführt.
Räumlich bezogene Begriffe wie „inneres“, „äußeres“, „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „über“, „oberhalb“ und dergleichen können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um ein Element oder eine Beziehung eines Merkmals zu einem anderen Element/anderen Elementen oder Merkmal(en) wie in den Figuren dargestellt zu beschreiben. Räumlich bezogene Begriffe können dafür vorgesehen sein, unterschiedliche Ausrichtungen des Geräts bei der Verwendung oder im Betrieb zu umfassen, zusätzlich zur Ausrichtung wie sie in den Figuren dargestellt ist. Zum Beispiel wären, wenn das Gerät in den Figuren umgedreht wird, die Elemente die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben sind, wären dann als „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Der beispielhafte Begriff „unter“ kann sowohl eine Ausrichtung nach oben als auch nach unten umfassen. Das Gerät kann andersherum ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in andere Ausrichtungen) und die hierin verwendeten begrifflich relevanten Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/597064 [0001]

Claims

Ein Verfahren zum Steuern eines Ultraschallsystems umfassend: Bereitstellen des Ultraschallsystems mit einem intelligenten Ultraschallstapel, der eine Vielzahl von intelligenten Ultraschallstapelkomponenten aufweist, die mindestens einen intelligenten Ultraschallkonverter und mindestens eine intelligente Ultraschallstapelkomponente umfassen, die eine passive Ultraschallkomponente ist, wobei jede intelligente Ultraschallstapelkomponente Betriebsinformationen zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente aufweist, die damit verbunden sind, indem diese Betriebsinformation an der intelligenten Ultraschallstapelkomponente gespeichert ist oder in einer Datenbank mit einer Kennung, die die intelligente Ultraschallstapelkomponente identifiziert, mit der die Betriebsinformation verbunden ist, Veranlassen, dass eine Ultraschallstromversorgung, die den Ultraschallkonverter anregt, die Betriebsinformation liest, die mit jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden ist; und Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung das Ultraschallsystem basierend auf der gelesenen Betriebsinformation betreibt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, welches jedes Mal, wenn eine intelligente Ultraschallstapelkomponente durch eine intelligente Ersatzultraschallkomponente ersetzt wird, umfasst: Lesen der Betriebsinformation, die mit der intelligenten Ersatzultraschallkomponente verbunden ist, mittels der Ultraschallstromversorgung und Veranlassen, dass die Ultraschallversorgung die Betriebsinformation aktualisiert, auf die sie den Betrieb des Ultraschallsystems basiert, durch Verwenden der Betriebsinformation zur intelligenten Ersatzultraschallkomponente anstelle der Betriebsinformation der intelligenten Ultraschallkomponente, die ersetzt wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsinformation Amplitudenparameter der intelligenten Ultraschallstapelkomponente umfasst und die Betriebsparameter umfassen Amplituden eines AC-Anregersignals, das den intelligenten Ultraschallkonverter anregt, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: Messen des Amplitudenparameters von jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente und Zuordnen des gemessenen Amplitudenparameters mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente, wobei der Amplitudenparameter des Ultraschallkonverters ein Mechanisch-zu-elektrisch-Anregungskopplungsverhältnis des Ultraschallkonverters ist und der Amplitudenparameter von jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente, die eine passive Ultraschallstapelkomponente ist, ist ein mechanischer Verstärkungsfaktor dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente; und wobei das Veranlassen der Ultraschallstromversorgung, die Betriebsparameter zu konfigurieren, umfasst: Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung basierend auf den Amplitudenparametern die Amplitude des AC-Anregersignals bestimmt, das den intelligenten Ultraschallkonverter anregt, und Verwenden des bestimmten AC-Anregersignals, um das Ultraschallsystem zu betreiben, indem die Amplitude des AC-Anregersignals auf die bestimmte Amplitude gesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 3, umfassend, bevor eine intelligente Ultraschallkomponente in dem intelligenten Ultraschallstapel installiert wird: Messen des Amplitudenparameters dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente und Zuordnen dieses gemessenen Amplitudenparameters zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente als Betriebsinformation zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente, und Eingeben des gemessenen Amplitudenparameters in die Ultraschallstromversorgung als der Amplitudenparameter für diese intelligente Ultraschallkomponente, wenn diese intelligente Ultraschallkomponente in dem Ultraschallstapel installiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Messen des Amplitudenparameters von einer beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponente und sein Zuordnen zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente durchgeführt wird, wenn diese intelligente Ultraschallstapelkomponente hergestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zuordnen der Betriebsinformation um einer beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente umfasst: Kennzeichnen dieser intelligenten Ultraschallkomponente mit der Betriebsinformation zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente, und das Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung die Betriebsinformation liest, umfasst: Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung, die Kennzeichnung liest.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zuordnen der Betriebsinformation zu einer beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponente mit dieser mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente umfasst: Speichern von Betriebsinformation zu dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente in einer Datenbank, und das Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung die Betriebsinformation liest, umfasst: Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung die Betriebsinformation aus der Datenbank liest.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Speichern der Betriebsinformation einer beliebigen intelligenten Ultraschallstapelkomponente in einer Datenbank umfasst: Speichern dieser Betriebsinformation in einer Datenbank in einem fernen System, auf das die Ultraschallstromversorgung zugreifen kann.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsinformation zu jeder intelligenten Ultraschallstapelkomponente ein oder mehrere Ultraschallprozessrezepte umfasst, die mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden sind, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: Veranlassen, dass die Ultraschallstromversorgung verifiziert, ob ein intelligenter Ultraschallstapel für ein vorgegebenes Ultraschallprozessrezept gültig ist, indem die Ultraschallstromversorgung die Kennungen für jede der intelligenten Ultraschallstapelkomponenten des intelligenten Ultraschallstapels liest, und ob jede dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponenten mit diesem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden ist, wobei die Ultraschallstromversorgung bestimmt, dass der intelligente Ultraschallstapel für dieses vorgegebene Ultraschallprozessrezept gültig ist, wenn alle intelligenten Ultraschallstapelkomponenten mit diesem vorgegebenen Ultraschallprozessrezept verbunden sind, und nach Bestimmen, dass der intelligente Ultraschallstapel für dieses vorgegebene Ultraschallprozessrezept gültig ist, verwendet die Ultraschallstromversorgung dieses vorgegebene Ultraschallprozessrezept, um das Ultraschallsystem zu steuern.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsinformation Information zu lockeren Verbindungen zwischen beliebigen der intelligenten Ultraschallstapelkomponenten des intelligenten Ultraschallstapels und gebrochenen intelligenten Ultraschallstapelkomponenten umfasst, und das Verfahren des Weiteren umfasst: Alarmieren eines Nutzer, eine intelligente Ultraschallstapelkomponente im intelligenten Ultraschallstapel nicht zu verwenden, wenn die Betriebsinformation, die mit dieser intelligenten Ultraschallstapelkomponente verbunden ist, darauf hinweist, dass die intelligente Ultraschallstapelkomponente gebrochen ist, und ebenso Alarmieren eines Nutzers, wenn die Betriebsinformation, die mit den intelligenten Ultraschallstapelkomponenten verbunden ist, darauf hinweist, dass eine wiederholte lockere Verbindung zwischen beliebigen der Ultraschallstapelkomponenten vorliegt.