DE2823361C2 - - Google Patents

Info

Publication number
DE2823361C2
DE2823361C2 DE2823361A DE2823361A DE2823361C2 DE 2823361 C2 DE2823361 C2 DE 2823361C2 DE 2823361 A DE2823361 A DE 2823361A DE 2823361 A DE2823361 A DE 2823361A DE 2823361 C2 DE2823361 C2 DE 2823361C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sonotrode
amplitude
vibration
ultrasonic
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2823361A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2823361A1 (de
Inventor
Helmut 8500 Nuernberg De Moll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19782823361 priority Critical patent/DE2823361A1/de
Priority to FR7913490A priority patent/FR2427652A1/fr
Publication of DE2823361A1 publication Critical patent/DE2823361A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2823361C2 publication Critical patent/DE2823361C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207Driving circuits
    • B06B1/0223Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
    • B06B1/0246Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
    • B06B1/0261Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken from a transducer or electrode connected to the driving transducer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/70Specific application
    • B06B2201/72Welding, joining, soldering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/20Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
    • B29C66/21Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being formed by a single dot or dash or by several dots or dashes, i.e. spot joining or spot welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9515Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools by measuring their vibration amplitude
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12Thermoplastic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für das Ultra­ schallschweißen von Werkstücken, bei dem Ultraschall von einem elektrisch/mechanischen Wandlersystem als Schwingungserreger er­ zeugt und über Werkzeuge, von denen eines als Ultraschallsono­ trode schwingungsmäßig mit dem Wandler gekoppelt ist, auf die zu verschweißenden Werkstücke, von denen eines schwingungsmäßig entkoppelt auf einem Ultraschallamboß fixiert ist, einwirkt, wo­ durch aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung eine Relativbewe­ gung der Werkstücke gegeneinander und damit deren Verschweißung bewirkt wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung, welche als Schwingungserreger einen Ultraschallwandler mit zugehörigem elektrischen Generator zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorgegebener Frequenz und Ampli­ tude sowie als Schweißwerkzeuge eine mit dem Wandler schwingungs­ mäßig gekoppelte Ultraschallsonotrode und einen schwingungsmäßig entkoppelten Ultraschallamboß aufweist.
Zum Schweißen und Nieten von termoplastischen Stoffen, beim Me­ talleinbetten, Metallschweißen und Bohren, beim Löten in Lötbä­ dern und auch beim Vernebeln von Flüssigkeiten werden Ultra­ schallverfahren in zunehmenden Maße gesetzt. Um ein einwand­ freies Arbeitsergebnis zu erhalten, ist im allgemeinen eine gleichbleibende Schwingungsamplitude an der Sonotrode erforder­ lich, die einerseits durch Fehler in der elektrischen Schwin­ gungserregung und dem Schwingkopf, der sogenannten Sonotrode sowie andererseits durch Veränderungen von Verfahrensparametern, z. B. dem Auflagedruck der Sonotrode auf den zu bearbeitenden, insbesondere zu verschweißenden Werkstücken und der dadurch bedingten Dämpfung und Rückkopplung der Schwingung beeinträch­ tigt werden kann.
Aus der DE-OS 24 48 726 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen bekannt, bei dem ein elektrischer Generator mit Oszillator auf einen zugehörigen Ultraschall-Wandler derart abgestimmt ist, daß eine maximale Ultraschalleistung erzeugt wird. Dazu wird die Abhängigkeit der Amplitude von der Frequenz ausgenutzt und das Amplitudensignal in einen Regelkreis einge­ bunden, wo es als Stellsignal für die variable Frequenz des Generators dient. Weiterhin ist aus der US-PS 40 49 997 ein An­ trieb für ein dynamisches mechanisches System bekannt, mit dem das System einschließlich von austauschbaren Materialproben in Resonanz betrieben wird, um physikalische Festkörpereigenschaf­ ten des Materials, insbesondere den komplexen E-Modul einschließ­ lich Dämpfungseigenschaften, zu bestimmen.
Bei obigem Stand der Technik wird jeweils die Ultraschallfre­ quenz nachgeregelt, um eine optimale Ultraschallabstrahlleistung und insbesondere ein Resonanzverhalten des gesamten Systems zu gewährleisten. Damit soll ein weitgehend automatischer Betrieb der zugehörigen Anlage erreicht werden.
Speziell bei automatisch arbeitenden Ultraschallschweißanlagen und bei Bedienung durch ungelernte Arbeitskräfte besteht die Gefahr, daß die Qualität der verschweißten Werkstücke trotz optimal eingestellter Schweißanlage beeinträchtigt wird, ohne daß derartige Fehler rechtzeitig erkannt werden. Dadurch kann ein hoher Ausschuß entstehen.
Die Funktion von Ultraschallschweißgeräten wurde bisher dadurch kontrolliert, daß die verschweißten Werkstücke stichprobenweise oder gegebenenfalls vollständig überprüft wurden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Ultraschallschweißen so zu überwachen, daß das Auftreten von Fehlern automatisch rechtzeitig erkannt und abgestellt werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwin­ gungsamplitude der Ultraschallsonotrode berührungsfrei abge­ nommen und nach dem Anlaufen des Schwingungserregers in eine der Amplitude entsprechende Überwachungsgröße umgesetzt wird und daß die Überwachungsgröße mit einstellbaren Werten, die Grenzwerten des optimalen Amplitudenbereiches für das Ultra­ schallschweißen entsprechen, verglichen und bei Über- bzw. Un­ terschreitung der Grenzwerte eine Fehlermeldung abgegeben wird.
Vorteilhaft wird der Schwingungserzeuger, vorzugsweise dessen Frequenzgenerator mit der Fehlermeldung selbsttätig abgeschal­ tet. Die Fehlermeldung kann in optische oder akkustische Dauer­ signale umgesetzt werden, die bei Abschalten der Schweißanlage bestehen bleiben und von Hand abgeschaltet werden müssen. Da­ durch kann vom Bedienungspersonal nach dem Abschalten der An­ lage erkannt werden, ob der optimale Bereich über- oder unter­ schritten wurde, wodurch auf die Ursache des Fehlers geschlossen werden kann. Dabei werden vorzugsweise verschiedene Dauersigna­ le für Überschreitung bzw. Unterschreitung des optimalen Berei­ ches verwendet. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn bei Ein­ haltung des optimalen Bereiches ein Signal für den störungsfrei­ en Betrieb abgegeben wird, das nach Abschaltung der Schweißan­ lage von selbst erlischt.
Bei der zugehörigen Vorrichtung ist der Ultraschallsonotrode ein Schwingungsaufnehmer berührungslos zugeordnet, der eine der Amplitude der Sonotrode entsprechende elektrische Überwachungs­ größe erzeugt, und sind einstellbare Grenzwertgeber für einen oberen und einen unteren Grenzwert der Überwachungsgröße und wenigstens eine Warneinrichtung vorhanden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfah­ rens und der zugehörigen Vorrichtung ergeben sich aus der Figu­ renbeschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen.
Es zeigen
Fig. 1 und Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Sonotrodenamplitu­ de,
Fig. 2 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 eine Vorrichtung zu dessen Durchführung in schematischer Darstellung.
Bereits eine kurze Zeit t O nach Einschalten eines Frequenzgenerators zur Erzeugung elektrischer Schwin­ gungen und des Wandlers zur Umwandlung in mechanische Schwingungen ist der mit dem Wandler verbundene Schwing­ kopf (Sonotrode) bereits auf den Betriebszustand ein­ geschwungen, wie im Amplitudenverlauf (Kurve 100 nach Fig. 1) dargestellt ist. Während des Arbeitsvorgangs verändert sich die Amplitude, z. B. kann sie durch Plastifizierung und Verschmelzen der Werkstoffe und Andrücken der Sonotrode gedämpft werden. Ultraschall­ geräte, deren Erregungssystem und Sonotrode sorg­ fältig auf Resonanz eingestimmt sind, werden durch eine derartige Dämpfung zwar verstimmt, jedoch enthalten die meisten der handelsüblichen Ultraschallgeräte eine automatische Nachstellung auf Resonanz und konstante Leistung, so daß die Amplitude sich nicht wesentlich verändert. Durch Risse in der Sonotrode, Defekte im Erzeugungssystem und andere Fehler kann sich die Amplitude der Sonotrode jedoch stark ändern, z. B. kann sie eine mit U U bezeichnete untere Grenze unterschrei­ ten und in einen Bereich 110 geraten, in dem kein befriedigendes Arbeitsergebnis mehr erhalten wird. Es kann jedoch auch eine obere Grenze U O überschritten werden und ein Bereich 111 erreicht werden, z. B. kann die Sonotrode nicht richtig auf dem Werkstück aufsitzen oder es kann z. B. der nötige Auflagedruck beim pneumatischen Aufdrücken der Sonotrode auf das Werkstück nicht erreicht sein. Es kommt dann zu über­ mäßigem Schwingen, das zu Rissen in der Sonotrode oder dem Werkstück führen kann. Obwohl mangelhafte Arbeitsergebnisse nicht nur auf Defekte im Schall­ gerät selbst zurückzuführen sein müssen, ist trotzdem der Amplitudenverlauf der Sonotrode in den meisten Fällen eine zuverlässige Überwachungsgröße zur Er­ zielung eines einwandfreien Arbeitsergebnisses. Beim Abschalten klingt die Schwingung ebenfalls in einer unter t o liegenden Zeitspanne ab.
In Fig. 3 ist mit 1 ein elektrischer Frequenzgenerator und mit 2 ein Wandler des Schwingungserregers, mit 3 die Sonotrode, mit 4 der Amboß und mit 5 ein Werk­ stück, z. B. zwei miteinander punktweise zu ver­ schweißende thermoplastische Flächen, dargestellt. In Nähe der Sonotrode und des Werkstoffes ist ein elektrodynamischer Schwingungsaufnehmer 6 (Meßwandler) angeordnet, in dem die Schwingungen der Sonotrode in ein elektrisches Signal, z. B. eine Wechselspannung, um­ gesetzt werden.
Ein derartiger Meßwandler, der berührungslos die Amplitude eines in seiner Nähe mechanisch schwingenden Körpers aufnimmt und in eine Wechselspannung umsetzt, ist z. B. in der DE-PS 14 97 777 beschrieben.
Bei gegebenem Abstand ist die Amplitude der vom Meßwandler abgegebenen Wechselspannung weitgehend linear zur Amplitude der aufgenommenen Schwingung. In Fig. 1 ist daher die vom Schwingungsaufnehmer abgegebene Schwingungs­ amplitude U während des Arbeitsvorganges als direktes Maß für die Schwingung der Sonotrode aufgetragen. Der Schwingungsaufnehmer kann dabei durchaus in einigen Zentimetern Abstand von der Sonotrode angebracht sein. Selbst wenn der Schwingungsaufnehmer nahe dem anderen, der auf dem Werkstück aufsitzenden Sonotrodenstirn­ fläche entgegengesetzten Ende der Sonotrode angeordnet ist, kann durch eine Überwachung der vom Schwingungs­ aufnehmer aufgenommenen Schwingung das einwandfreie Arbeiten der Anlage überwacht werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst ein Probeversuch gefahren. Hierzu wird zunächst die Sono­ trode 3 in Arbeitsstellung zum zu bearbeitenden Werk­ stück 5 gefahren und der Frequenzgenerator 1 einge­ schaltet. Dies geschieht durch einen Hauptschalter 7, der die Spannungsversorgung U B für die Anlage (Schwin­ gungserregung und Überwachungseinrichtung) einschaltet. Am Frequenzgenerator befindet sich ein weiterer Schalter 9, der die Einspeisung der Hochfrequenz in den Schwin­ gungswandler 2 einschaltet und zunächst geschlossen wird, bei Dauerbetrieb jedoch durch ein Relais 10, das während des Probeversuchs ausgeschaltet ist, ge­ öffnet werden kann. Das Schließen bzw. Öffnen der Schalter 7 und 9 ist in Fig. 2 mit 7+ und 9+ bzw. 7- und 9- angedeutet.
Der Schwingungsaufnehmer 6 erzeugt nun eine Wechsel­ spannung, deren Spannungsamplitude der zu überwachenden Schwingungsamplitude entspricht. Diese Wechselspannung wird gleichgerichtet und verstärkt (Verstärkerstufe 11), wobei die Verstärkung durch ein Potentiometer 12 ver­ ändert werden kann. Durch dieses Potentiometer wird sichergestellt, daß die in die nachfolgenden Teile der Überwachungseinrichtung eingespeisten Spannungen in der Nähe eines optimalen Spannungswert U V liegen, so daß die Empfindlichkeit der Überwachungseinrichtung ausge­ nutzt und eine Übersteuerung einzelner elektronischer Bauteile vermieden wird. Die von der Verstärkerstufe 11 erzeugte Überwachungsgröße U, also ein Gleichspannungs­ signal, wird an einem Digitalvoltmeter 13 angezeigt. Bei nennenswerten Abweichungen dieses Signals vom optimalen Meßbereich U V (U V U) wird der Schalter 9 geöffnet und das Potentiometer 12 derart verstellt (in Fig. 2 mit U V ∼ bezeichnet), daß die Meßspannung U sich der angestrebten Spannung U V annähert. Sodann wird der Schalter 9 wieder geschlossen und der Probeversuch fortgesetzt.
Hierzu wird die Spannung U in eine Warneinrichtung 14 eingegeben. Diese Warneinrichtung enthält eine Ver­ gleichsstufe 15, der über ein Potentiometer 16 eine Spannung U O als obere Grenze für den optimalen Bereich des Signals U und somit der Schwingungsamplitude der Sonotrode 3 eingeprägt wird. Übersteigt die Überwachungs­ größe U die obere Grenze U o , so wird eine Fehlermeldung abgegeben, die einen Schalter 17 betätigt, der einen optischen und/oder akkustischen Signalgeber 18, z. B. eine rote Lampe, in Betrieb setzt. Diese Vergleichsstufe ist vorzugsweise so ausgelegt, daß bei Betriebspausen, d. h. wenn der Meßwandler kein oder ein unter einem niedrigen Schwellwert liegendes Signal abgibt, keine Fehlermeldung abgegeben wird.
In ähnlicher Weise wird über ein Potentiometer 20 ein unterer Grenzwert U U für die Überwachungsgröße U in eine andere Vergleichsstufe 21 eingegeben, die (wiederum nur bei Erregung des Meßwandlers 6) für U U <U eine entsprechende Fehlermeldung abgibt. Mit dieser Fehlermeldung wird ein Schalter 22 ge­ schlossen, der einen anderen optischen und/oder akkustischen Warngeber 23, z. B. eine blaue Warnlampe, in Betrieb setzt. Beim Schließen eines der Schalter 17 oder 22 wird gleichzeitig auch das Relais 10 angesteuert (z. B. über ein OR-Glied 24). Während des Probeversuchs kann die vom Relais 10 vermittelte Kopplung des OR-Gliedes 24 mit Schalter 9 unterbrochen sein, so daß bei schwingender Sonotrode die Werte für U V , U U und U O entsprechend den vorliegenden Verhältnissen eingestellt werden können, ohne daß das Relais 10 bei Unterschreiten der unteren Schranke U U oder Über­ schreiten der oberen Schranke U O den Ultraschaller­ zeuger selbsttätig ausschaltet. Während des Dauer­ betriebes jedoch führt jede Abweichung der Über­ wachungsgröße U von dem vorgegebenen optimalen Bereich zum Ansprechen des Relais 10 und damit zur Ausschaltung der Schwingungserzeugung.
Ferner ist ein weiterer optischer und/oder akkustischer Signalgeber 25 vorgesehen, z. B. eine grüne Signallampe, die während des störungsfreien Betriebes der Ultra­ schalleinrichtung ein entsprechendes Signal abgibt. Dieser Signalgeber 25 wird z. B. über im NOR-Glied 27 von den Fehlermeldungen der beiden Vergleichsstufen angesteuert. Da mit den Fehlermeldungen praktisch keine Leistung geschaltet werden muß, können die Schalter 17 und 22 vorteilhaft durch elektronische Bauelemente verwirklicht werden. Vorteilhaft ist für die dazugehörigen Vergleichsstufen 15 und 21 wenigstens ein Zeitglied 26 vorgesehen, das eine kurzfristige Abweichung vom optimalen Bereich ermöglicht. Insbe­ sondere soll nämlich das Warnsignal für Unterschrei­ tung der unteren Grenze während der Zeit t O nicht ansprechen, in der beim Einschalten des Schwingungs­ erregers die Sonotrode sich auf den Betriebszustand einschwingt oder bei Beendigung eines störungsfreien Betriebes die Sonotrodenschwingung abgeklungen ist. Dies kann z. B. durch einen Speicher erreicht werden, der die Abweichung der Überwachungsgröße U vom optimalen Bereich speichert und erst nach der Zeit t O den Befehl zum Abschalten der entsprechenden Schalter gibt, wenn bis dahin die Schallamplitude nicht in den optimalen Bereich eingeschwungen oder der Arbeitsvorgang von außen, z. B. über den Schalter 9, abgeschaltet wurde. Durch Öffnen des Schalters 9 wird der Probelauf beendet und die Anlage ist, nach­ dem die geeigneten Werte für U V , U U und U O eingestellt wurden, für den Fertigungsbetrieb bereit.
Der Dauerbetrieb beginnt, indem der Schalter 7 geschlossen gehalten wird und somit Schwingungserreger und Überwachungseinrichtung betriebsbereit sind. Werk­ stück und Sonotrode werden in Arbeitsstellung gebracht und der Schalter 9 geschlossen. Gleichzeitig werden die Schalter 17 und 22 sowie das Relais 10 in Ruhe­ stellung gebracht, was automatisch durch Betätigung des Schalters 9 oder durch einen eigenen Lösch-Befehl geschehen kann. Während des Arbeitsvorgangs leuchtet dann die grüne Lampe 25 auf, bis entweder von den Ver­ gleichsstufen 15 und 21 eine Abweichung vom optimalen Bereich gemeldet, die entsprechenden Warnlampen 18 und 23 eingeschaltet und der Schalter 9 selbsttätig geöffnet werden oder der Schalter 9 bei Beendigung eines störungsfreien Arbeitsganges wieder von Hand geöffnet wird. Ein Arbeitsgang endet also mit Öffnen des Schalters 9 (bei geschlossenem Hauptschalter 7), wobei im Falle einer Störung eine der Warnlampen (Signalgeber) arbeitet. Nun kann entweder der Schalter 9 für den nächsten Arbeitsgang unter Rücksetzen (Öffnen) der Schalter 17 und 22 geschlossen oder am Ende der Arbeitsserie der Hauptschalter 7 geöffnet werden.
Das Öffnen und Schließen des Schalters 9 am Anfang und Ende eines störungsfreien Arbeitsgangs kann dabei auch durch eine Automatik vorgenommen werden, die auf eine optimale Bearbeitungszeit abgestimmt ist. Bei Beendigung eines gestörten Arbeitsganges bleiben auch nach Abschalten der Sonotrode die Warnlampen 18 und 23 in Betrieb, so daß im Falle einer Störung festgestellt werden kann, ob der optimale Bereich unter- oder überschritten wurde. Sofern eine Auto­ matik vorgesehen ist, wird diese durch das Relais 10 abgeschaltet, so daß eine Arbeitspause zur Beseitigung der Störung entsteht. Werden die Ultraschall-Arbeiten im Rahmen einer Fertigungsstraße ausgeführt, so wird die Automatik vom Takt der Fertigungsstraße gesteuert und mit Abschalten der Automatik die Fertigungsstraße angehalten.
In manchen Fällen kann die Schwingungsamplitude nicht während eines Arbeitsgangs konstant gehalten werden. Dies kann dadurch bedingt sein, daß die erwähnte automatische Nachstimmung der Frequenz und der Leistung bei sich ändernden Dämpfungsverhältnissen nicht ausreicht. Es kann aber auch erwünscht sein, mit wachsender Plastifizierung der zu bearbeitenden Werk­ stücke die Schwingungsamplitude zu verändern, z. B. um ein Einsinken der aufgedrückten Sonotrode zu kontrollieren. In diesen Fällen ändert sich der ange­ strebte Amplitudenverlauf (Kurve 101 in Fig. 4) während des Arbeitsganges, jedoch wird für alle Arbeitsgänge ein gleichbleibender Amplitudenverlauf angestrebt. In diesen Fällen werden die vorgebbaren Werte für U U (Kurve 102) und U O (103) und gegebenenfalls auch U V (104) nachgesteuert.
Durch die Erfindung werden Arbeiten mit Schall- oder Ultraschall-Geräten derart vereinfacht, daß sie auch von ungeschultem Personal überwacht werden können, ohne daß ein größerer Ausschuß zu befürchten ist.

Claims (12)

1. Überwachungsverfahren für das Ultraschallschweißen von Werk­ stücken, bei dem Ultraschall von einem elektrisch/mechanischen Wandlersystem als Schwingungserreger erzeugt und über Werkzeu­ ge, von denen eines als Ultraschallsonotrode schwingungsgemäß mit dem Wandler gekoppelt ist, auf die zu verschweißenden Werk­ stücke, von denen eines schwingungsmäßig entkoppelt auf einem Ultraschallamboß fixiert ist, einwirkt, wodurch aufgrund der Ultraschallbeaufschlagung eine Relativbewegung der Werkstücke gegeneinander und damit deren Verschweißung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwin­ gungsamplitude der Ultraschallsonotrode (3) berührungsfrei ab­ genommen und nach dem Anlaufen des Schwingungserregers (1, 2) in eine der Amplitude entsprechende Überwachungsgröße umgesetzt wird und daß die Überwachungsgröße mit einstellbaren Werten U m , U o ), die Grenzwerten des optimalen Amplitudenbereiches für das Ultraschallschweißen entsprechen, verglichen und bei Über- bzw. Unterschreitung der Grenzwerte eine Fehlermeldung abgege­ ben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit der Fehlermeldung der Schwingungserre­ ger für die Sonotrode selbsttätig abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fehlermelung in optische und/oder akustische Dauersignale umgesetzt wird, wobei ver­ schiedene Dauersignale für Überschreitung des oberen Grenzwer­ tes und Unterschreitung des unteren Grenzwertes erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur sehr kurzzeitigen Ab­ weichungen vom optimalen Bereich mindestens die Fehlermeldung für Unterschreitung des unteren Grenzwertes unterbleibt.
5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauersignale bei Abschalten des Schwingungserregers bestehen bleiben und von Hand abgeschaltet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Einhaltung des optimalen Bereichs ein Signal für störungsfreien Betrieb abgegeben wird, das nach Abschaltung der Schwingungserregung erlischt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, welche als Schwingungserreger einen Ultraschallwandler mit zugehörigem elektrischen Generator zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorgegebener Frequenz und Amplitude sowie als Schweißwerkzeuge eine mit dem Wandler schwingungsmäßig gekoppelte Ultraschallsonotrode und einen schwingungsmäßig entkoppelten Ultraschallamboß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultra­ schallsonotrode (3) ein Schwingungsaufnehmer (6) berührungslos zugeordnet ist, der eine der Amplitude der Sonotrode entspre­ chende elektrische Überwachungsgröße (U) erzeugt und daß ein­ stellbare Grenzwertgeber (16, 20) für einen oberen und einen unteren Grenzwert (U o , U U ) der Überwachungsgröße und wenigstens eine Warneinrichtung (14) vorhanden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Grenzwertgeber durch Poten­ tiometer (16, 20) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit der Warneinrichtung (14) ein Relais (10) zum Abschalten (9) des Schwingungserregers (2) des Ultraschallschweißgerätes gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein erster optischer und/oder akustischer Signalgeber (25) vorhanden ist, solange die Warn­ einrichtung (14) nicht anspricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Warneinrichtung (14) einen durch eine Fehlermeldung aktiverbaren ersten Schalter (17), der auf Überschreiten des oberen Grenzwertes (U o ) anspricht, und einen vom ersten Schalter (7) aktivierbaren zweiten optischen und/oder akustischen Signalgeber (18) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Warneinrichtung (14) einen von einer Fehlermeldung akitvierbaren zweiten Schalter (22), der auf Unterschreitung des unteren Grenzwertes (U U ) anspricht, und einen vom zweiten Schalter (22) einschaltbaren, dritten optischen und/oder akustischen Signalgeber (23) aufweist.
DE19782823361 1978-05-29 1978-05-29 Ueberwachung von ultraschall- und schallgeraeten Granted DE2823361A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782823361 DE2823361A1 (de) 1978-05-29 1978-05-29 Ueberwachung von ultraschall- und schallgeraeten
FR7913490A FR2427652A1 (fr) 1978-05-29 1979-05-28 Procede de surveillance d'appareils sonores et ultrasonores, en particulier, pour le soudage, le rivetage et le percage des pieces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782823361 DE2823361A1 (de) 1978-05-29 1978-05-29 Ueberwachung von ultraschall- und schallgeraeten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2823361A1 DE2823361A1 (de) 1979-12-13
DE2823361C2 true DE2823361C2 (de) 1988-07-07

Family

ID=6040433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19782823361 Granted DE2823361A1 (de) 1978-05-29 1978-05-29 Ueberwachung von ultraschall- und schallgeraeten

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE2823361A1 (de)
FR (1) FR2427652A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026826A1 (de) * 2004-05-28 2006-01-05 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Schwingungsamplitude eines Ultraschallschwingers sowie Ultraschallschweißvorrichtung
DE102019106694A1 (de) * 2019-03-15 2020-09-17 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Detektion eines In-oder-Außer-Kontakt-Tretens einer Sonotrode mit einem Gegenelement

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3429776A1 (de) * 1984-08-13 1986-02-13 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur qualitaetskontrolle beim ultraschallschweissen sowie zugehoerige vorrichtung
DE3503688A1 (de) * 1985-02-04 1986-08-07 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Sicherheitseinrichtung fuer einen stosswellengenerator
FR2586883B1 (fr) * 1985-08-27 1994-04-01 Nord Institut Superieur Electron Procede et dispositif d'alimentation electrique d'un transducteur generateur de vibrations tant sonores qu'ultrasonores.
JP4384271B2 (ja) * 1997-11-14 2009-12-16 オリンパス株式会社 超音波手術装置
DE10324094B3 (de) 2003-04-30 2004-09-09 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren zum Verschweißen von Teilen
EP1897648B1 (de) 2006-09-05 2010-06-30 Technische Universität Berlin Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Herstellung von Drahtbondverbindungen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3153850A (en) * 1962-07-18 1964-10-27 Daniel C Worlton Method and device for controlling ultrasonic welding apparatus
US3573781A (en) * 1968-03-14 1971-04-06 Branson Instr Monitoring circuit for sonic apparatus
US3489241A (en) * 1968-07-03 1970-01-13 Branson Instr Control means for sonic power system
GB1506164A (en) * 1974-07-09 1978-04-05 Mullard Ltd Ultrasonic bonding apparatus
DE2448726C3 (de) * 1974-10-12 1979-05-17 Oki Electric Industry Co., Ltd., Tokio Ultraschallwellen-Generator
GB1496137A (en) * 1975-06-25 1977-12-30 Kerry Ultrasonics Welding plastics workpieces
US4049997A (en) * 1976-02-27 1977-09-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Drive for dynamic mechanical system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026826A1 (de) * 2004-05-28 2006-01-05 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Schwingungsamplitude eines Ultraschallschwingers sowie Ultraschallschweißvorrichtung
DE102004026826B4 (de) * 2004-05-28 2010-01-14 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Ultraschallschweißvorrichtung und Konverter einer Ultraschallschweißvorrichtung
DE102019106694A1 (de) * 2019-03-15 2020-09-17 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Detektion eines In-oder-Außer-Kontakt-Tretens einer Sonotrode mit einem Gegenelement

Also Published As

Publication number Publication date
FR2427652B1 (de) 1984-06-29
FR2427652A1 (fr) 1979-12-28
DE2823361A1 (de) 1979-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3429776C2 (de)
DE2316598C3 (de) Verfahren und Einrichtung zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken
EP2064020A1 (de) Verfahren zur qualitätsüberwachung beim ultraschallschweissen
DE102012022056B4 (de) Laserbearbeitungssystem mit einer Hilfssteuereinrichtung
DE102010039525A1 (de) Verfahren zum Überprüfen der Qualität einer Werkstückbearbeitung und Werkzeugmaschine
DE10324094B3 (de) Verfahren zum Verschweißen von Teilen
DE4317621C1 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils mittels Ultraschall und Verfahren
DE4206584A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum verbinden zweier bauteile mittels ultraschall (ii)
DE2823361C2 (de)
DE102006020417B4 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Ultraschall
EP3218121B1 (de) Ultraschallbearbeitungssystem mit piezokraftsensor
EP0208310B1 (de) Verfahren zum Regeln des Prozessverlaufes und zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweissen von Werkstücken
DE69729025T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Kollaps von Kunststoffgegenständen
EP1677942A1 (de) Verfahren zum verschweissen von leitern
DE2148102C3 (de) Verfahren zum Zentrieren von Linsen
EP1684046B1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen des Abstands zwischen einer Sensorelektrode und einem Werkstück
DE10126943A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
EP3174644B1 (de) Vorrichtung zum ultraschallbearbeiten von materialien mit triggereinrichtung
DE102015213433A1 (de) Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung und Fertigungseinrichtung
EP3332886A1 (de) Verfahren und anordnung zum überwachen einer stanznietvorrichtung
EP0569774A1 (de) Verfahren zum Steuern einer Schleifmaschine
DE4491653B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Lichtbogenschweißroboters
EP0100787A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für optimale Bolzenschweissung mit Spitzenzündung
DE102011122513A1 (de) Widerstandsschweißeinrichtung und Betriebsverfahren
DE7312556U (de) Einrichtung zur Feststellung einer erfolgten Schweissverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee