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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung:
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile, welche verschiedene
Teiletypen durch Schwingung eines piezoelektrischen Schwingungselements
zuführt.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik:
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Ein
typisches Beispiel der herkömmlichen
piezoelektrischen Schwingungszuführung
für Teile
umfasst, wie in 1 gezeigt, eine Schale 2,
welche so eingerichtet ist, dass sie eine große Anzahl Teile zur Lieferung
und zum Ausstoßen
der Teile bei der Erregung von Schwingungen der Schale beherbergt,
eine Schwingungseinheit 4, welche mit einem piezoelektrischen
Schwingungselement zum Antrieb der Schale 2 bei einer vorbestimmten
Resonanzfrequenz versehen ist, und ein piezoelektrisches Antriebssteuerungssystem 5 zum
Antrieb der Schwingungseinheit 4. Diese piezoelektrische
Schwingungszuführung
für Teile
ist eingerichtet, um eine Schwingungsamplitude der Schale 2 durch
einen Amplitudensensor 6, wie beispielsweise einen fotoelektrischen
Energieumwandler und ein piezoelektrisches Element, elektrisch zu
erfassen, sie an das piezoelektrische Antriebssteuerungssystem 5 zurückzuführen und
den elektrischen Strom oder die Spannung zum Antrieb der Schale 2 zu
steuern, um die Schale immer mit einer konstanten Amplitude anzutreiben.
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Da
dieses Verfahren den Amplitudensensor 6 erfordert, um die
Schwingung der Schale 2 zu erfassen, wird der Aufbau des
Systems kompliziert, die Anzahl der Komponenten steigt und auch
die Kosten werden hoch.
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Es
wird ein anderes System vorgeschlagen, wie in den japanischen Patentanmeldungen
KOKAI (vorgezogene Bekanntmachung) Nr. JP,7-60187,A und Nr. JP,10-49237,A
offenbart, um einen vorbestimmten Betrieb oder eine Verarbeitung
auf der Grundlage eines Signals durchzuführen, welches von einem elektrischen
Stromdetektor oder einem Spannungsdetektor erhalten wird, welcher
mit einer Antriebsschaltung verbunden ist, wodurch das Antriebssignal
der Antriebsschaltung eines piezoelektrischen Schwingungselements
ohne Verwendung eines speziellen Amplitudensensors gesteuert wird.
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US.A.5472079
offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 5.
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Obwohl
es bei diesem Verfahren nicht nötig ist,
einen speziellen Amplitudensensor bereitzustellen, erfordert es
Steuerung eines zusätzlichen
Betriebs, einer Verarbeitung usw., um den Stromwert oder dergleichen
zum Zeitpunkt des Antriebs zu erfassen, wodurch die Schwingung der
Schwingungseinheit 4 gesteuert wird. Folglich wird ein
Steuerungssystem mit steigender Größe der Vorrichtung kompliziert,
und auch die Kosten werden hoch.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung einer piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile
mit einem einfachen Aufbau und einer Befähigung zur genauen Schwingung
bereitzustellen.
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Ein
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt
und ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist in
Anspruch 5 dargelegt.
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In
dieser Beschreibung bedeutet das oben stehende Signal eine Spannung
oder einen elektrischen Strom. Wenn das Signal eine Spannung bedeutet,
schließt
der Begriff „Signal" eine Spannungswellenform,
eine Antriebsspannung, ein Spannungserfassungsmittel und eine Antriebsspannungswellenform
mit ein. Wenn das Signal ein elektrischer Strom ist, schließt es eine
Stromwellenform, einen Antriebsstrom, ein Stromerfassungsmittel
und eine Antriebsstromwellenform mit ein.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung zum Steuern der piezoelektrischen
Schwingungszuführung
für Teile,
wie oben stehend aufgebaut, sind in der Lage, die Schwingung durch
ein Verwenden des piezoelektrischen Schwingungselements selbst als einen
Sensor genau zu erfassen, ohne eine Verwendung eines speziellen
Amplitudensensors, welcher die Amplitude der piezoelektrischen Schwingungseinheit
erfasst, so dass ihr Aufbau beachtlich vereinfacht werden kann.
Da außerdem
die Resonanzfrequenz der Zuführung
für Teile
einmal gemessen und gespeichert wird und die Zuführung für Teile auf der Grundlage der
gespeicherten Resonanzfrequenz und anderer Signale oder der Daten
einer Phasendifferenz betrieben wird, ist es möglich, die Zuführungen
für Teile
unter ihren jeweiligen optimalen Antriebsbedingungen anzutreiben.
Da die Resonanzfrequenz sogar dann erneut gemessen werden kann, wenn
der Aufbau der Zuführung
für Teile
verändert wird,
ist es möglich,
die Zuführung
für Teile
immer unter geeigneten Bedingungen anzutreiben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundig, bei
welchen:
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1 eine
Schemaansicht ist, welche ein Verfahren zur Steuerung einer herkömmlichen
Zuführung
für Teile
zeigt;
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2 eine
diagrammatische, perspektivische Ansicht ist, welche eine herkömmliche
piezoelektrische Schwingungszuführung
für Teile
illustriert, welche ein Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
in sich einschließt;
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3 ein
schematisches Blockdiagramm eines Steuerungssystems einer piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein
Ablaufdiagramm ist, welches die Steuerungsfolge der piezoelektrischen
Schwingungszuführung
für Teile
gemäß der oben
stehenden Ausführungsform
zeigt;
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5 ein
Schaubild ist, welches die Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz
und einer Amplitude der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile
gemäß der oben
stehenden Ausführungsform
zeigt; und
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6 ein
Schaubild ist, welches eine Antriebswellenform der piezoelektrischen
Schwingungszuführung
für Teile
gemäß der oben
stehenden Ausführungsform
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen illustriert 2 eine Ausführungsform
einer piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile 10, welche mit
einer Steuerungsvorrichtung 40 gemäß der vorliegenden Erfindung
versehen ist. Die Zuführung
für Teile
ist im Aufbau im Wesentlichen gleich wie die herkömmliche
Zuführung
für Teile.
Kurz gesagt, umfasst die Zuführung
für Teile 10 eine
Schale 12, welche mit einer Seitenwand versehen ist, welche
eine spiralische Teilezuführbahn 13 aufweist,
welche auf ihrer inneren, peripheren Oberfläche in der Gestalt der sanft
aufwärts
geneigten Oberfläche
und mehrerer Blattfedern 15 ausgebildet ist, welche als
ein elastisches Stützmittel
fungieren und mit ihren oberen Enden an der Unterseite der Schale 12 in
einem vorbestimmten Winkel befestigt sind, welcher dazwischen ausgebildet
ist. Die unteren Enden der jeweiligen Blattfedern 15 sind
unmittelbar mit den oberen Enden der entsprechenden piezoelektrischen Schwingungselemente 16 verbunden.
Die unteren Enden der piezoelektrischen Schwingungselemente 16 sind
an einem Basisabschnitt 17 im gleichen Winkel wie ihre
oberen Enden befestigt. Die piezoelektrischen Schwingungselemente 16 oszillieren
oder schwingen, wenn ein elektrischer Strom von einer Stromversorgung
periodisch an die piezoelektrischen Schwingungselemente 16 angelegt
wird. Die Oszillation oder Schwingung der piezoelektrischen Schwingungselemente 16 wird über die
Blattfedern 15 auf die Schale 12 der Zuführung für Teile 10 übertragen. Der
Basisabschnitt 17 ist über
Puffer- oder Dämpfungsglieder 18 fest
auf der Bodenfläche
befestigt. Die piezoelektrischen Schwingungselemente 16 bilden
zusammen einen Hauptabschnitt einer piezoelektrischen Schwingungseinheit 14 zum
Schwingen der Schale 12 aus. Der Betrieb der Zuführung für Teile
wird beispielsweise im US-Pat. Nr. 5,472,079, am 5. Dez. 1995 an
Yagi et al. erteilt, beschrieben.
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Nun
wird nachfolgend die Steuerungsvorrichtung 40 zum Antrieb
der piezoelektrischen Schwingungselemente 16 unter Bezugnahme
auf 3 erklärt.
Jedes der piezoelektrischen Schwingungselemente 16 ist
mit einer Antriebsschaltung 20 verbunden, welche einen
elektrischen Leistungsverstärker
usw. umfasst, und die Antriebsschaltung 20 ist mit einer
Steuerungseinheit 22 verbunden, welche einen Mikrocomputer
umfasst, welcher ein Antriebssignal für das piezoelektrische Schwingungselement 16 ausgibt.
Weiterhin ist das piezoelektrische Schwingungselement 16 mit
einer Spannungserfassungsschaltung 24 zum Erfassen einer
Spannung verbunden, welche in der Elektrode des piezoelektrischen
Schwingungselements erzeugt wird, und ein Ausgangsanschluss der
Spannungserfassungsschaltung 24 ist mit einem Eingangsanschluss
eines A/D-Wandlers der Steuerungseinheit 22 verbunden.
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An
die Steuerungseinheit 22 ist eine Amplitudeneinstellschaltung 26 zum
Einstellen einer Amplitude des piezoelektrischen Schwingungselements 16 vermittels
der Antriebsschaltung 20 angeschlossen. Außerdem ist
eine Moduseinstellschaltung 28 zum Ändern des Antriebsmodus der
Zuführung
für Teile 10 von
einem Einstellungsmodus in einen Betriebsmodus und vice versa an
die Steuerungseinheit 22 angeschlossen. Weiterhin wird
der Steuerungseinheit ein Speicherelement 30, wie beispielsweise
ein nicht-flüchtiger
Speicher, zum Speichern von Daten, wie beispielsweise eines vorbestimmten
Spannungswerts, einer Phasendifferenz und einer Frequenz, und zum
Ausgeben der Daten an die Steuerungseinheit 22 und zum
Eingeben ihrer Daten bereitgestellt.
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Das
Antriebsverfahren und das Steuerungsverfahren der piezoelektrischen
Schwingungszuführung
für Teile 10 dieser
Ausführungsform
sind die Folgenden. Zuerst wird, wie in 4 bis 6 gezeigt, eine
Stromversorgung eingeschaltet, und der Antriebsmodus der piezoelektrischen
Schwingungszuführung
für Teile 10 wird
durch die Moduseinstellschaltung 28 ausgewählt. Gewöhnlich wird
eine Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile 10 gemessen
und zum Zeitpunkt der Auslieferung der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile 10 darin
gespeichert. Da sich die Resonanzfrequenz weiterhin verändert, wenn
die natürliche
Frequenz des Schwingungssystems durch Austauschen der Schale 12 oder
anderer seiner Bauteile durch andere verändert wird, wird die Resonanz frequenz
im Einstellungsmodus gemessen und darin gespeichert.
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Da
eine Amplitude in der piezoelektrischen Schwingungseinheit 14 bei
der Resonanzfrequenz maximal wird, wie in 5 gezeigt,
wird ihre Frequenz ohne Verändern
einer Antriebsspannung abgetastet, und die Frequenz, bei welcher
die Amplitude maximal wird, wird als die Resonanzfrequenz angenommen.
Bei der Messung der Resonanzfrequenz, wobei das piezoelektrische
Schwingungselement 16 durch die Antriebsschaltung 20 angetrieben wird,
ist der Antrieb durch die Antriebsschaltung 20 vorübergehend
in allen vorbestimmten Antriebszyklen untätig, und während der untätigen Zeitdauer
wird eine Spannung gemessen, welche durch den piezoelektrischen
Effekt des piezoelektrischen Schwingungselements 16 erhalten
wird. Die Frequenz, bei welcher die Spannung maximal wird, wird
als die Resonanzfrequenz angenommen. Dieser Betrieb zum Messen der
Resonanzfrequenz wird gemäß einem vorbestimmten
Programm automatisch durchgeführt. Die
Amplitude der piezoelektrischen Schwingungseinheit 14 wird
beim Antrieb auf der Resonanzfrequenz durch die Amplitudeneinstellschaltung 26 eingestellt.
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Als
Nächstes
wird der Antriebsmodus durch die Moduseinstellschaltung 28 auf
den Betriebsmodus umgeschaltet. Das piezoelektrische Schwingungselement 16 wird
durch die Antriebsschaltung 20 mit der eingestellten Resonanzfrequenz
und Amplitude angetrieben, und, wie in 6 gezeigt,
der Antrieb durch die Antriebsschaltung 20 ist für eine Zeitdauer
von einem Zyklus oder von 1,5 Zyklen untätig, beispielsweise bei jedem
vorbestimmten Zyklus, beispielsweise alle 50 Zyklen. Eine Spannung, welche
vom piezoelektrischen Schwingungselement 16 durch seinen
piezoelektrischen Effekt während der
untätigen
Zeitdauer erhalten wird, wird durch die Spannungserfassungsschaltung 24 erfasst
und an die Steuerungseinheit 22 ausgegeben. In der Steuerungseinheit 22 wird
eine A/D-Wandlung der Spannungswellenform durchgeführt, welche
durch die Spannungserfassungsschaltung 24 erhalten wird, und
es wird eine Phasendifferenz zwischen dieser Spannungswellenform
und einer Wellenform eines Antriebssignals berechnet, welches die
Antriebsschaltung 20 antreibt und als die erregende Kraft dient.
Weiterhin werden oben stehende Resonanzfrequenz, die Wellenhöhe der Spannungswellenform bei
dieser Frequenz und oben stehende Phasendifferenz in einem Speicherelement 30 gespeichert.
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Dann
wird beim Betrieb der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile 10 der
Modus durch die Moduseinstellschaltung 28 auf den Betriebsmodus
eingestellt. Die Wellenhöhe
der Antriebsspannung und die Resonanzfrequenz, welche während des
Einstellungsmodus im Speicherelement 30 gespeichert wurden,
werden ausgelesen, und die Steuerungseinheit 22 treibt
das piezoelektrische Schwingungselement 16 mit diesen Werten
vermittels der Antriebsschaltung 20 an. Während dieses Modus
ist der Antrieb durch die Antriebsschaltung 20 vorübergehend
für eine
Zeitdauer von einem Zyklus oder von 1,5 Zyklen untätig, beispielsweise
bei jedem vorbestimmten Zyklus, beispielsweise alle 50 Zyklen. Das
piezoelektrische Schwingungselement 16 erzeugt während dieser
untätigen
Zeitdauer durch seinen piezoelektrischen Effekt eine Spannung, und
diese Spannung wird durch die Spannungserfassungsschaltung 24 erfasst
und an die Steuerungseinheit 22 ausgegeben. In der Steuerungseinheit 22 wird
eine A/D-Wandlung der Spannungswellenform durchgeführt, welche
durch die Spannungserfassungsschaltung 24 erhalten wurde,
und eine Phasendifferenz zwischen dieser Spannungswellenform und
einer Wellenform des Antriebssignals als die erregende Kraft zum
Antrieb der Antriebsschaltung 20 wird berechnet. Und eine
Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Schwingungselements 16 wird
in einer derartigen Weise gesteuert, dass die Phasendifferenz zwischen
der Spannungswellenform, welche vom piezoelektrischen Schwingungselement 16 erhalten
wurde, und der Antriebsspannung der Antriebsschaltung 20 gleich
der oben stehenden Phasendifferenz wird, welche während des
Einstellungsmodus gespeichert wurde. Diese Steuerung wird während des
Betriebs der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile 10 fortgesetzt.
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Gemäß dem Verfahren
und der Vorrichtung zur Steuerung der piezoelektrischen Schwingungszuführung für Teile
dieser Ausführungsform
wird die mechanische Schwingung des piezoelektrischen Schwingungselements 16 durch
das piezoelektrische Schwingungselement 16 selber in Folge
der vorübergehenden
Pause der Antriebsspannung erfasst und in ein elektrisches Signal
umgewandelt, und das erfasste Signal wird zur Steuerungseinheit 22 geschickt.
Es ist deshalb möglich,
die Amplitudenerfassung und die Antriebssteuerung ohne Verwendung des
speziellen Sensors zum Erfassen der Amplitude genau durchzuführen. Da
ferner das piezoelektrische Schwingungselement 16 selber
als ein Sensor dient, ist der Aufbau einfach, und das erfasste Signal
ist sehr genau. Weiterhin gibt es kein Problem beim Antrieb der
piezoelektrischen Schwingungseinheit 14, weil sie sogar
dann durch Trägheit
schwingt, wenn der Antrieb des piezoelektrischen Schwingungselements 16 vorübergehend
untätig
ist.
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Da
weiterhin der Einstellungsmodus und der Betriebsmodus untereinander
austauschbar sind und die Zuführung
für Teile 10 im
Einstellungsmodus nach Bedarf auf die optimale Resonanzfrequenz
eingestellt werden kann, kann die Zuführung für Teile deshalb immer in einem
entsprechenden Zustand angetrieben werden.
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Im Übrigen kann
in einem Fall, bei welchem die Zuführung für Teile von einem selbsterregten Schwingungstyp
ist, eine genaue Schwingung erzielt werden, wenn eine Frequenz so
gesteuert wird, dass die Phase der Spannung, welche vom piezoelektrischen
Schwingungselement 16 erhalten wird, die gleiche Phase
wird wie diejenige, welche zum Zeitpunkt der Messung der Resonanzfrequenz
erhalten wird. In einem Fall, bei welchem die Zuführung für Teile
von einem getrennt erregten Schwingungstyp ist, stellt ein Benutzer
eine Frequenz auf einen festgesetzten Wert ein. In diesem Fall kann
eine genaue Steuerung der Resonanzfrequenz auch durch Erfassen der
Phasen der Schwingspannung des piezoelektrischen Schwingungselements
und der Antriebsspannung durchgeführt werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die Ausführungsformen, wie
oben stehend beschrieben, begrenzt ist, und beliebige Modifikationen
daran vorgenommen werden können.
Beispielsweise kann die untätige
Zeitdauer des Betriebs auf jede geeignete Zeitdauer eingestellt werden,
solange wie sie den Antrieb der Zuführung für Teile 10 im Wesentlichen
nicht beeinflusst. Weiterhin kann die oben stehende Steuerung auch
durch eine Stromerfassung auf dem gleichen Weg durchgeführt werden
wie das oben stehende Verfahren, welches eine Erfassung der Spannung
einsetzt, welche durch den piezoelektrischen Effekt des piezoelektrischen
Schwingungselements 16 erhalten wird. Die vorliegende Erfindung
ist nicht nur auf die Zuführung für Teile
anwendbar, welche eine Schale aufweist, sondern auch auf jede Vorrichtung
zum Bereitstellen von Teilen unter Verwendung des piezoelektrischen Schwingungselements.
Die beschriebenen Ausführungsformen
müssen
deshalb in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht restriktiv
betrachtet werden, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die
angefügten
Ansprüche,
statt durch die vorangehende Beschreibung angegeben wird, und alle
Veränderungen,
welche innerhalb der Bedeutung der Ansprüche liegen, sind deshalb als
darin einbezogen beabsichtigt.