JP2007181826A - 超音波溶接プローブへの制御パワー供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波発生装置は、パワー信号を受け取る入力モジュールを備える。この発生装置には超音波信号を出力する出力モジュールも含まれる。マザーボードは入力モジュールと出力モジュールの両方に結合される。マザーボードは、入力モジュールと出力モジュールを制御するようになされたデジタルコントローラを含む。
【選択図】図1
Description
本出願は、2005年12月29日に出願された米国特許仮出願第60/754681号の優先権を主張する。
超音波溶接サイクルを開始するための既存のトリガ方法には以下のようなものがある。
・力によるトリガ(または力学的トリガ)。検出素子の圧力(力)がプリセット値を超えたときに超音波エネルギーを起動する。
・距離によるトリガ。プリセットされた距離に到達したときに超音波エネルギーを起動する。
・プリトリガ。時間または距離によって空気中で超音波エネルギーを起動する(プリトリガフラグ)。
新しいトリガ方法では、いくつかの機械部品や電気部品が不要になる。この手法は、Dukane社のiQシリーズまたはDPC4+など、最新の超音波溶接システムの一部である電子部品とファームウェアだけに基づくものである。この新しい方法は、パワー測定の高い精度および再現性により、既存の方法と比べてより高い精度、再現性、および溶接品質を提供する。この新しい方法は以下のステップを含む。
1.オペレータは「パワーによるトリガ」の値をプログラムする。
2.サイクルを開始する(プリトリガ方法を使用して超音波パワーを起動する)。
3.スタックを溶接される部品に移動させる。
4.部品上のマーキングを防止するために、スタックは(ユーザ調節による)10〜40%振幅で動作する。
5.スタックは部品に圧力をかける。圧力とともに超音波パワーが増大する。
6.パワートリガ限界に到達する。これにより、溶接サイクルを開始する。
7.振幅を100%(または適切な溶接のために必要な値)まで増大させる。
8.この時点から、いくつかの異なる溶接技術を使用することができる。時間による溶接、エネルギーによる溶接、崩壊距離(collapsed distance)による溶接、ピークパワーによる溶接、などが使用できる。
9.部品が溶接される。
パワー比較はファームウェアの内部で、わずか数マイクロ秒の処理時間で実施することができる。これにより、高い精度と再現性が提供され、欠陥のない溶接部品が製造される。
その場合、具体的には超音波パワーの測定には、セラミックピエゾトランスデューサの双対性(duality)を使用することができる。(超音波パワーがオフのときは)単にトランスデューサの出力を監視するだけで、この信号を「力によるトリガ」に使用することができる。トランスデューサの出力信号は、加えられた直接の力に比例する。後処理回路は電荷対電圧増幅器を含み、この増幅器はADCに接続される。ADCの出力はマイクロコントローラによって処理される。
本発明の特定の実施形態および用途について図示し説明してきたが、本発明が、本明細書で開示した構造および構成そのものに限定されるものではないこと、ならびに添付の特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、前述の説明から様々な修正形態、変更形態、および変形形態が明らかになることを理解されたい。
11 出力モジュール
12 マッチングモジュール
14 マザーボード
15 冷却ファン
16 前面パネルプロセスコントローラボード
18 オプションモジュールコネクタ
19 LED状態制御モジュール
22 システム入/出力パネル
23 システム入力コネクタ
24 システム出力コネクタ
25 構成ポートコネクタ
34 オプションカードケージ
Claims (20)
- パワー信号を受け取る入力モジュールと、
超音波信号を出力する出力モジュールと、
前記入力モジュールと前記出力モジュールの両方に結合しているマザーボードであって、前記入力モジュールと前記出力モジュールを制御するようになされたデジタルコントローラを含むマザーボードと
を備える超音波発生装置。 - 前記マザーボードに結合され、前記入力モジュールからの前記パワーを前記出力モジュールのための前記超音波信号に変換するようになされたマッチングモジュールをさらに備える、請求項1に記載の発生装置。
- 前記マザーボードに結合されたオプションカードモジュールであって、前記超音波発生装置が追加の機能を実施することを可能にするためのオプションモジュールを収容するようになされたオプションカードモジュールをさらに備える、請求項1に記載の発生装置。
- 前記オプションモジュールが様々なデータ通信インタフェースポートを提供するようになされた、請求項3に記載の発生装置。
- 前記入力モジュールと前記出力モジュールのどちらもが識別子を含み、前記識別子が前記モジュールに関する情報を前記マザーボードに提供するようになされた、請求項1に記載の発生装置。
- 超音波信号を発生するための方法であって、
パワー信号を受け取る入力モジュールを提供するステップと、
超音波信号を出力する出力モジュールを提供するステップと、
前記入力モジュールと前記出力モジュールの両方をマザーボードに結合するステップとを含み、前記マザーボードが前記入力モジュールと前記出力モジュールを制御するようになされたデジタルコントローラを備える方法。 - 超音波発生装置の前記パワーをテストする方法であって、
入力電源をテストするためのテスト信号を入力モジュールに送信するステップと、
肯定的なテスト結果に応答して、内部電源をテストするためのテスト信号を複数のバスに送信するステップと、
前記内部電源からの肯定的なテスト結果に応答して、出力電源にテスト信号を送信するステップと、
前記出力電源からの肯定的なテスト結果に応答して、前記超音波発生装置の全動作を可能にするステップと
を含む方法。 - 前記入力電源、前記内部電源、前記出力電源の少なくとも1つからの否定的なテスト結果に応答してアラーム信号を生成するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 超音波発生装置を作動させる方法であって、
入力モジュールおよび出力モジュールを提供するステップと、
マザーボードを前記入力モジュールおよび前記出力モジュールに結合するステップと、
前記マザーボードによって調整制御を選択するステップであって、前記調整制御を複数の増分で調節することができるステップと
を含む方法。 - 前記複数の各増分が、前記マザーボードのメモリに格納されたグラフ上の1本の線を表す、請求項9に記載の方法。
- 前記調整制御がパワー制御である、請求項9に記載の方法。
- 前記調整制御が振幅制御である、請求項9に記載の方法。
- 超音波発生装置において過負荷トリップを防止する方法であって、
前記超音波発生装置のパワーレベルをサンプルするステップと、
前記サンプルされたパワーレベルをプリセットされた過負荷パワーレベルと比較するステップと、
前記サンプルパワーレベルが前記プリセット過負荷パワーレベルより大きいことに応答して、所定の時間が経過した後でトリップを起動するステップと
を含み、
前記所定の時間が前記サンプルされたパワーレベルと関係する方法。 - 前記所定の時間と前記サンプルされたパワーレベルの前記関係が前記超音波発生装置のメモリ内にグラフの形で格納される、請求項13に記載の方法。
- 前記メモリが複数のグラフを格納し、前記複数のグラフのうちの1つをユーザが選択して使用することができる、請求項14に記載の方法。
- 超音波発生装置の過負荷トリップを防止する方法であって、
前記超音波発生装置のパワーレベルをサンプルするステップと、
前記サンプルされたパワーが過負荷トリップレベルの設定されたパーセンテージの範囲内にあるかどうかを判定するステップと、
前記サンプルされたパワーが前記過負荷トリップレベルの前記設定されたパーセンテージの範囲内にあることに応答して、前記サンプルされるパワーの振幅を減少させるステップと
を含む方法。 - 前記サンプルされたパワーが前記過負荷トリップレベルの前記設定されたパーセンテージの範囲内にないことに応答して、所定の時間の後に前記パワーを再びサンプルするステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 超音波発生装置の超音波共振周波数を設定する方法であって、
前記超音波発生装置が使用されている間の共振周波数を測定するステップと、
フェーズロックループを前記共振周波数の近くに設定するステップと
を含む方法。 - 超音波発生装置のパワーを落とす方法であって、
前記超音波発生装置のパワーオフスイッチを起動するステップと、
所定の時間にわたって前記超音波発生装置の前記パワーを徐々に減少させるステップと
を含む方法。 - 超音波発生装置の設定振幅に到達するための方法であって、
前記超音波発生装置のメモリ内に複数の曲線を格納するステップであって、前記各曲線が、前記超音波発生装置の設定振幅に到達するための様々な方法を表すステップと、
前記メモリ内の前記複数の設定曲線の1つを選択するステップと、
前記選択された曲線に従って前記超音波発生装置の前記設定振幅に到達するステップと
を含む方法。
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