JPH10113992A - 超音波ウェルダの溶着制御装置 - Google Patents

超音波ウェルダの溶着制御装置

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JPH10113992A
JPH10113992A JP28920496A JP28920496A JPH10113992A JP H10113992 A JPH10113992 A JP H10113992A JP 28920496 A JP28920496 A JP 28920496A JP 28920496 A JP28920496 A JP 28920496A JP H10113992 A JPH10113992 A JP H10113992A
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welding
optimum
horn
signal
oscillation
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Sousuke Satou
霜介 佐藤
Hideki Sugawara
英記 菅原
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Seidensha Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最適溶着条件での溶着のみならず、最適溶着
条件で溶着された溶着部の良否判定も自動で行なうこと
ができるようにする。 【解決手段】 プレス圧力,ホーン振幅および発振時間
に関する最適溶着条件の入力により、発振時間,ホーン
の沈み込み量および振動子入力エネルギの各最適値が決
定されるとともに、各最適値に対応する許容値がそれぞ
れ演算される(S1〜S3)。作業員は、時間制御,沈
み込み制御あるいはエネルギ制御のうちのいずれかを選
択することになる(S4)。時間制御の場合には、溶着
開始後、溶着時間が最適値になった時点で発振を停止さ
せる(S5〜S7)。そして、発振停止時点におけるホ
ーンの沈み込み量および振動子入力エネルギを求め(S
8,S9)、これらを各許容値と比較して溶着の良否を
判定する(S10)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波ウェルダの溶
着制御装置に係り、特に最適溶着条件を入力するだけで
最適溶着条件での溶着および溶着状態の判定を自動的に
行なうことができる超音波ウェルダの溶着制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から、発振器により駆動される振動
子と、振動子からの振動が伝達されるホーンと、振動子
およびホーンを昇降駆動しホーンをワークに圧接させて
溶着を行なうプレス機構とを備えた超音波ウェルダは一
般に知られている。
【0003】ところで、この種の超音波ウェルダにおけ
る最適溶着条件は、ワークの大きさ,形状,材質等によ
り異なっているため、プレス圧力,発振時間およびホー
ン振幅につき、経験的に得られた最良値を設定して試験
的に溶着を行ない、その結果をみて前記各パラメータを
再度調整して最適溶着条件を決定している。
【0004】一方、溶着品質の管理については、発振時
間,溶着時のホーンの沈み込み量,および振動子入力エ
ネルギを計測し、時間制御法,沈み込み制御法あるいは
エネルギ制御法により溶着状態の良否を判定している。
【0005】すなわち、時間制御法は、決められた発振
時間で発振を停止させ、その時点でのホーンの沈み込み
量および振動子入力エネルギを計測し、これらの値が許
容範囲に入っているか否かにより良否を判定する方法で
ある。
【0006】また、沈み込み制御法は、決められた沈み
込み量に達した時点で発振を停止させ、その時点での発
振時間および振動子入力エネルギを計測し、これらの値
が許容範囲に入っているか否かにより良否を判定する方
法である。
【0007】さらに、エネルギ制御法は、決められた振
動子入力エネルギに達した時点で発振を停止させ、その
時点での発振時間およびホーンの沈み込み量を計測し、
これらの値が許容範囲に入っているか否かにより良否を
判定する方法である。
【0008】
【発明を解決しようとする課題】ところで従来の装置で
は、時間制御法,沈み込み制御法あるいはエネルギ制御
法のいずれの場合にも、発振を停止させた時点における
ホーンの沈み込み量,振動子入力エネルギあるいは発振
時間は表示されるが、表示された値が許容範囲に入って
いるか否かを自動的に確認する手段がなかったため、作
業員がこの確認のための作業を行なわなければならない
という問題があった。
【0009】本発明はかかる現況に鑑みなされたもの
で、作業員が最適溶着条件を入力するだけで、以後のす
べての作業,すなわち最適条件でのワークの溶着および
その後の溶着状態の判定を自動的に行なうことができる
超音波ウェルダの溶着制御装置を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、発振器により駆動される振動子と、振動子か
らの振動が伝達されるホーンと、振動子およびホーンを
昇降駆動しホーンをワークに圧接させて溶着を行なうプ
レス機構とを備えた超音波ウェルダにおいて、溶着時の
ホーンの沈み込み量を検出する沈み込み量センサと、発
振器からの振動子電流を検出する電流センサと、発振器
からの振動子電圧を検出する電圧センサと、溶着制御お
よび溶着判定を行なう制御手段とを備え、前記制御手段
を、プレス圧力,ホーン振幅および発振時間に関する最
適溶着条件を入力する最適溶着条件入力手段と;最適溶
着条件における発振時間,ホーンの沈み込み量および振
動子入力エネルギの最適値をそれぞれ決定する最適値決
定手段と;決定された各最適値を記憶する最適値記憶手
段と;前記各最適値と予め設定されている許容範囲の値
とに基づき、各最適値に対応する許容値をそれぞれ演算
する許容値演算手段と;演算された各許容値を記憶する
許容値記憶手段と;発振時間を計測するタイマ手段と;
タイマ手段からの発振時間信号,電流センサからの電流
信号,および電圧センサからの電圧信号に基づき振動子
入力エネルギを演算するエネルギ演算手段と;沈み込み
量センサからの沈み込み量信号,タイマ手段からの発振
時間信号,またはエネルギ演算手段からの振動子入力エ
ネルギ信号のうちの選択された1つの信号が入力される
とともに、この信号に対応する最適値が最適値記憶手段
から入力され、両者が一致した際に発振器の発振を停止
させる溶着完了判定手段と;沈み量センサからの沈み込
み量信号,タイマ手段からの発振時間信号,またはエネ
ルギ演算手段からの振動子入力エネルギ信号のうち、前
記溶着完了判定手段で選択されなかった2つの信号が入
力されるとともに、これらに対応する各許容値が許容値
記憶手段から入力され、各信号と各許容値とをそれぞれ
比較して溶着の良否を判定する溶着状態判定手段と;溶
着状態の判定結果を出力する出力手段と;から構成する
ようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、作業
員は最適溶着条件を最適溶着条件入力手段から入力する
だけでよく、以後の溶着および溶着状態の判定は、すべ
て自動で行なうことが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の実施の一形態に係る超音波ウ
ェルダの溶着制御装置を示すもので、この溶着制御装置
は、溶着時のホーンの沈み込み量を検出する沈み込み量
センサ1と、発振器からの振動子電流を検出する電流セ
ンサ2と、発振器からの振動子電圧を検出する電圧セン
サ3と、これら各センサ1,2,3からの検出信号の入
力により溶着制御および溶着判定を行なう制御手段4と
を備えている。
【0012】前記制御手段4は、図1に示すように、プ
レス圧力,ホーン振幅および発振時間に関する最適溶着
条件を入力するための最適溶着条件入力手段5を備えて
おり、入力された最適溶着条件における発振時間,ホー
ンの沈み込み量および振動子入力エネルギの最適値は、
最適値決定手段6でそれぞれ決定されるとともに、決定
された各最適値は、最適値記憶手段7に記憶されるよう
になっている。
【0013】一方、各最適値に対応する許容値は、図1
に示すように、前記最適値記憶手段7からの各最適値と
予め設定されている許容範囲の値(例えば±10%)と
に基づき、許容値演算手段8によりそれぞれ演算される
ようになっており、演算された各許容値は、許容値記憶
手段9に記憶されるようになっている。
【0014】また、発振時間は、図1に示すように、タ
イマ手段10により計測されるようになっており、この
タイマ手段10からの発振時間信号は、前記電流センサ
2からの電流信号および電圧センサ3からの電圧信号と
ともにエネルギ演算手段11に入力され、このエネルギ
演算手段11において、前記各信号に基づき振動子入力
エネルギが演算されるようになっている。
【0015】このエネルギ演算手段11からの振動子入
力エネルギ,前記沈み込み量センサ1からの沈み込み量
信号,またはタイマ手段10からの発振時間信号のうち
の選択された1つの信号は、図1に示すように、溶着完
了判定手段12に入力されるようになっており、この溶
着完了判定手段12は、前記選択された1つの信号に対
応する最適値を最適値記憶手段7から読込み、選択され
た1つの信号が最適値に一致した際に、発振器の発振を
停止するとともに、溶着完了信号を溶着状態判定手段1
3に与えるようになっている。
【0016】この溶着状態判定手段13には、図1に示
すように、前記沈み込み量センサ1からの沈み込み量信
号,タイマ手段10からの発振時間信号,またはエネル
ギ演算手段11からの振動子入力エネルギ信号のうち、
前記溶着完了判定手段12で選択されなかった2つの信
号が入力されるようになっているとともに、これらに対
応する各許容値が前記許容値記憶手段9から入力される
ようになっており、溶着状態判定手段13は、入力され
た前記各信号と各許容値とをそれぞれ比較して溶着の良
否を判定するようになっている。そして、この判定結果
は、出力手段14から出力されるようになっている。
【0017】図2は、図1に示す溶着制御装置が組込ま
れた超音波ウェルダを示すもので、この超音波ウェルダ
は、発振器21により駆動される振動子22、この振動
子22からの振動が伝達される固定ホーン23、および
固定ホーン23の下端部に連結された工具ホーン24を
備えており、振動子22,固定ホーン23および工具ホ
ーン24は、一体として可動枠25に組付けられてい
る。そして、この可動枠25は、固定枠26に取付けた
プレス機構としてのエアシリンダ27のピストンロッド
30の下端部に取付けられ、エアシリンダ27の駆動に
より昇降して受治具31上のワーク32を溶着するよう
になっている。
【0018】前記エアシリンダ27は、図2に示すよう
に、上ポート28aおよび下ポート28bを有するシリ
ンダ本体28を備えており、このシリンダ本体28内に
は、ピストン29およびピストンロッド30が往復動可
能に組込まれ、複動型の片ロッドシリンダを構成してい
る。そして、このエアシリンダ27には、エア源33か
らの圧力エアが供給されるようになっている。
【0019】すなわち、前記シリンダ本体28の各ポー
ト28a,28bには、図2に示すように、電磁弁34
を介してエア源33が接続されており、エア源33から
の圧力エアは、電磁弁34の切換により、上室35また
は下室36に選択的に供給されるようになっている。そ
して、前記各室35,36の圧力は、各圧力センサ3
7,38でそれぞれ検出され、これら各圧力センサ3
7,38からの圧力信号は、プレス圧力を求める際に用
いられるようになっている。なお、これについては後に
詳述する。
【0020】図3ないし図5は、図1に示す溶着制御装
置における溶着制御方法を示す流れ図であり、以下これ
を参照して本発明の作用を説明する。まず、図3のステ
ップS1において、プレス圧力,ホーン振幅および発振
時間に関する最適溶着条件を入力する。これらの値は、
従来と同様、経験的に得られた最良値を設定して試験的
に溶着を行ない、その結果をみて前記各パラメータを再
度調整して決定されるが、その際プレス圧力は、具体的
には以下のようにして求められる。
【0021】すなわち、いまプレス圧力をF、上室35
内の上室圧力をP1 、下室36内の下室圧力をP2 、ピ
ストン29の受圧面積をS、工具ホーン24等のプレス
可動部の総重量をMとすると、プレス圧力Fは、
【0022】
【数1】
【0023】で求められる。そしてその際、各室の圧力
1 ,P2 として、図2に示す各圧力センサ37,38
からの信号が用いられる。
【0024】次いで、ステップS2において、最適溶着
条件における発振時間,ホーンの沈み込み量および振動
子入力エネルギの最適値がそれぞれ決定される。これら
は、図2の超音波ウェルダを用い試験溶着を行なって最
適溶着条件を決定し、その値を入力することにより制御
手段4で自動的に決定,記憶される。
【0025】すなわち、発振時間は、最適溶着条件の発
振時間がそのまま最適値として決定,記憶され、また沈
み込み量は、最適溶着条件で試験溶着した際の沈み込み
量センサ1からの信号がそのまま最適値として決定,記
憶され、さらに振動子入力エネルギは、最適溶着条件で
試験溶着した際の電流センサ2,電圧センサ3からの各
信号および発振時間に基づき演算される。すなわち、振
動子入力エネルギをW、電圧実効値をV、電流実効値を
I、遅れ角をφ、発振時間をTとすると、振動子入力エ
ネルギWは、
【0026】
【数2】
【0027】で求められる。そしてその際、電流実効値
Iおよび電圧実効値Vを求めるために各センサ2,3か
らの信号が用いられる。
【0028】次いで、ステップS3において、前記各最
適値と予め設定されている許容範囲の値とに基づき、各
最適値に対応する許容値がそれぞれ演算される。具体的
には、ホーンの沈み込み量の最適値が0.5mmで、許
容範囲の値が±10%であるとすると、許容値として
0.45〜0.55mmが演算される。
【0029】次いで、ステップS4において、時間制御
か、沈み込み制御か、あるいはエネルギ制御かの選択が
なされる。この選択は作業員の意志によりなされる。
【0030】ステップS4における選択で、時間制御が
選択された場合には、ステップS5において、溶着が開
始されるとともに、ステップS6において、図1に示す
タイマ手段10からの信号により溶着時間が計測され
る。そして、ステップS7において、計測された溶着時
間が最適値の溶着時間と一致するか否かが判別され、一
致した場合には、溶着完了と判断して図2の発振器21
の発振を停止させる。
【0031】次いで、ステップS8において、発振停止
時点におけるホーンの沈み込み量が図2の沈み込み量セ
ンサ1から読込まれるとともに、ステップS9におい
て、発振停止時点における振動子入力エネルギが演算さ
れる。その後、ステップS10において、読込まれたホ
ーンの沈み込み量および演算された振動子入力エネルギ
が、前記許容値の範囲内にあるか否かが判断される。そ
して、いずれも許容値の範囲内にある場合には、溶着状
態良と判定され、いずれか一方でも許容値の範囲外とな
った場合には、溶着状態不良と判定される。
【0032】一方、図3のステップS4において、沈み
込み制御が選択された場合には、図4に示すように、ま
ずステップS41において、溶着が開始されるととも
に、ステップS42において、図2の沈み込み量センサ
1からの信号によりホーンの沈み込み量が測定される。
そして、ステップS43において、測定されたホーンの
沈み込み量が最適値の沈み込み量と一致するか否かが判
別され、一致した場合には、溶着完了と判断して図2の
発振器21の発振を停止させる。
【0033】次いで、ステップS44において、発振停
止時点における発振時間が図1のタイマ手段10から読
込まれるとともに、ステップS45において、発振停止
時点における振動子入力エネルギが演算される。その
後、ステップS46において、読込まれた発振時間およ
び演算された振動子入力エネルギが、前記許容値の範囲
内にあるか否かが判断される。そして、いずれも許容値
の範囲内にある場合には、溶着状態良と判定され、いず
れか一方でも許容値の範囲外となった場合には、溶着状
態不良と判定される。
【0034】さらに、図3のステップS4において、エ
ネルギ制御が選択された場合には、図5に示すように、
まずステップS51において、溶着が開始されるととも
に、ステップS52において、図2の電流センサ2,電
圧センサ3からの各信号および図1のタイマ手段10か
らの信号に基づき、振動子入力エネルギが演算される。
そして、ステップS53において、演算された振動子入
力エネルギが最適値の振動子入力エネルギと一致するか
否かが判別され、一致した場合には、溶着完了と判断し
て図2の発振器21の発振を停止させる。
【0035】次いで、ステップS54において、発振停
止時点における発振時間が図1のタイマ手段10から読
込まれるとともに、ステップS55において、発振停止
時点におけるホーンの沈み込み量が図2の沈み込み量セ
ンサ1から読込まれる。その後、ステップS56におい
て、読込まれた発振時間およびホーンの沈み込み量が、
前記許容値の範囲内にあるか否かが判断される。そし
て、いずれも許容値の範囲内にある場合には、溶着状態
良と判定され、いずれか一方でも許容値の範囲外となっ
た場合には、溶着状態不良と判定される。
【0036】しかして、作業員が入力した最適条件で、
溶着が行なわれて発振が自動停止するのみならず、発振
停止時点におけるホーンの沈み込み量,振動子入力エネ
ルギあるいは発振時間とこれらの許容値との比較によ
り、溶着の良否も自動判定されるので、作業が極めて容
易である。
【0037】なお、前記実施の一形態においては、プレ
ス機構として複動型のエアシリンダ27を用いる場合に
ついて説明したが、これに限らずあらゆる構造のプレス
機構を用いることができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業員は最適溶着条件を最適溶着条件入力手段から入力
するだけでよく、以後の溶着および溶着状態の判定は、
すべて自動で行なわれるので、機械に不慣れな作業員で
あっても容易に取扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る超音波ウェルダの
溶着制御装置を示す全体構成図である。
【図2】図1の溶着制御装置が組込まれた超音波ウェル
ダを示す構成図である。
【図3】図1の溶着制御装置における時間制御法の場合
の制御方法を示す流れ図である。
【図4】沈み込み制御法の場合の制御方法を示す流れ図
である。
【図5】エネルギ制御法の場合の制御方法を示す流れ図
である。
【符号の説明】
1 沈み込み量センサ 2 電流センサ 3 電圧センサ 4 制御手段 5 最適溶着条件入力手段 6 最適値決定手段 7 最適値記憶手段 8 許容値演算手段 9 許容値記憶手段 10 タイマ手段 11 エネルギ演算手段 12 溶着完了判定手段 13 溶着状態判定手段 14 出力手段 21 発振器 22 振動子 23 固定ホーン 24 工具ホーン 25 可動枠 26 固定枠 27 エアシリンダ 28 シリンダ本体 28a 上ポート 28b 下ポート 29 ピストン 30 ピストンロッド 32 ワーク 33 エア源 34 電磁弁 35 上室 36 下室 37,38 圧力センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振器により駆動される振動子と、振動
    子からの振動が伝達されるホーンと、振動子およびホー
    ンを昇降駆動しホーンをワークに圧接させて溶着を行な
    うプレス機構とを備えた超音波ウェルダにおいて、溶着
    時のホーンの沈み込み量を検出する沈み込み量センサ
    と、発振器からの振動子電流を検出する電流センサと、
    発振器からの振動子電圧を検出する電圧センサと、溶着
    制御および溶着判定を行なう制御手段とを備え、前記制
    御手段は、プレス圧力,ホーン振幅および発振時間に関
    する最適溶着条件を入力する最適溶着条件入力手段と;
    最適溶着条件における発振時間,ホーンの沈み込み量お
    よび振動子入力エネルギの最適値をそれぞれ決定する最
    適値決定手段と;決定された各最適値を記憶する最適値
    記憶手段と;前記各最適値と予め設定されている許容範
    囲の値とに基づき、各最適値に対応する許容値をそれぞ
    れ演算する許容値演算手段と;演算された各許容値を記
    憶する許容値記憶手段と;発振時間を計測するタイマ手
    段と;タイマ手段からの発振時間信号,電流センサから
    の電流信号,および電圧センサからの電圧信号に基づき
    振動子入力エネルギを演算するエネルギ演算手段と;沈
    み込み量センサからの沈み込み量信号,タイマ手段から
    の発振時間信号,またはエネルギ演算手段からの振動子
    入力エネルギ信号のうちの選択された1つの信号が入力
    されるとともに、この信号に対応する最適値が最適値記
    憶手段から入力され、両者が一致した際に発振器の発振
    を停止させる溶着完了判定手段と;沈み込み量センサか
    らの沈み込み量信号,タイマ手段からの発振時間信号,
    またきはエネルギ演算手段からの振動子入力エネルギ信
    号のうち、前記溶着完了判定手段で選択されなかった2
    つの信号が入力されるとともに、これらに対応する各許
    容値が許容値記憶手段から入力され、各信号と各許容値
    とをそれぞれ比較して溶着の良否を判定する溶着状態判
    定手段と;溶着状態の判定結果を出力する出力手段と;
    を有していることを特徴とする超音波ウェルダの溶着制
    御装置。
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