KR100891965B1

KR100891965B1 - 혼의 진동주파수 분석장치 및 분석방법

Info

Publication number: KR100891965B1
Application number: KR1020090006683A
Authority: KR
Inventors: 서정석; 서옥순; 박동삼; 백시영
Original assignee: 서정석; 서옥순
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2009-04-08

Abstract

본 발명은 초음파 용착용 혼(Horn)의 진동주파수를 계측하고 분석하는 혼 진동주파수 분석장치에 관한 것으로, 혼에 결합된 상태로 진폭을 가감하는 부스터를 지지·고정하는 고정부가 구성된 지지대; 상기 부스터의 일측에 연결되는 진동자를 구성하여 혼에 고주파 발진을 일으키고 진동 주파수를 검사하는 고주파 발진·검사장치; 비접촉 변위센서를 이용하여 혼에 구성되는 팁(Tip) 가공부의 진동수와 진폭을 측정하는 진동계측기와, 상기 진동계측기에 연결되어 측정된 진동신호를 디지털값으로 변환하여 화면에 표시하고 진동수나 진폭을 분석하는 진동분석기로 구성된 계측·분석장치로 이루어지되, 상기 고주파 발진·검사장치는, 전원을 ON/OFF하는 전원스위치; 전원스위치를 통해 투입되는 전기에너지를 검사하려는 혼의 주파수에 맞는 주파수대역으로 변환시키는 주파수변환스위치; 상기 주파수변환스위치를 통해 변환된 전기에너지의 주파수대역을 정밀하게 조절하는 주파수조절스위치; 상기 주파수변환스위치와 주파수조절스위치를 통하여 변환된 전기에너지를 기계적에너지로 변환시켜 부스터에 연결된 혼으로 횡진동을 전달하는 진동자; 횡진동을 전달받은 혼의 주파수 검사값을 수치로 표시하는 디스플레이; 주파수 검사에 따라 기기에 미치는 전류부하값을 표시하는 전류표시부로 구성된 것에 특징이 있으며, 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치를 이용하면, 가진 주파수를 변경하고 조절할 수 있는 고주파 발진·검사장치를 사용하기 때문에 다양한 형태의 혼에 대한 진동주파수 검사를 용이하게 할 수 있어 혼의 설계나 제작과정의 검증을 가능하게 할 뿐만 아니라, 혼 제작에 따른 비용을 절감 할 수 있어 혼 구입에 따른 비용을 줄일 수 있으며, 계측·분석장치를 이용하여 혼의 진동수와 진폭을 더욱 정밀하게 분석할 수 있기 때문에 혼의 불량율을 줄여 제품의 용착 신뢰성을 제고할 수 있고, 혼의 설계사양 만족을 최대화하여 용착 제품의 품질 개선을 증진할 수 있게 된다.

초음파 용착, 혼, 초음파 진동, 주파수 분석

Description

혼의 진동주파수 분석장치 및 분석방법{Analysis System for Vibration Frequency of a Horn}

본 발명은 초음파 용착기에 장착하여 플라스틱 혹은 금속 소재의 두 부품을 초음파 진동으로 용착하는 데 사용되는 혼(Horn)의 진동주파수를 계측하고 분석하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파 발진 주파수를 자유로이 조절할 수 있는 고주파 발진·검사장치를 사용하기 때문에 다양한 형태의 혼에 대한 진동주파수 검사를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 혼 제작에 따른 비용을 절감 할 수 있어 혼 구입에 따른 비용을 줄일 수 있으며, 계측·분석장치를 이용하여 혼의 진동수와 진폭을 더욱 정밀하게 분석할 수 있기 때문에 혼의 설계나 제작과정에서의 불량율을 줄여 제품의 용착 신뢰성을 제고할 수 있고, 혼의 설계사양 만족을 최대화하여 용착 제품의 품질 개선을 증진할 수 있는 혼의 진동주파수 분석장치에 관한 것이다.

최근 휴대폰 배터리, 전선, 센서류 등 전기·전자, 기계 부품 분야에서 제품들의 소형화 및 경향화가 급속히 진행되고 있음에 따라 전기·전자, 기계 부품을 보다 정밀하고 안전하게 접합하는 기술이 계속적으로 개발되고 있으며, 이러한 방법 중 하나로 초음파 성질을 이용한 접착기술이 개발되어 여러 분야에 보급되고 있다.

초음파 성질을 이용하는 것 중의 하나로는 초음파 용착기를 대표적으로 들 수 있으며, 상기한 초음파 용착기는 고주파를 발생하는 진동자와, 상기 진동자의 진동을 전달받는 초음파 용착기 공구인 혼으로 구성되어 대상물체를 용착시키는 작동을 하도록 되어 있는데, 상기 혼은 그 형상에 따라 공진주파수 대역이 틀려지기 때문에 진동주파수를 분석하는 장치를 통하여 공진주파수에 관한 설계 사양을 정밀하게 만족시키는 혼을 제작할 필요성이 요구되고 있다.

혼의 진동주파수를 분석하는 장치는 세계적으로도 우수한 기술력을 지닌 몇몇의 회사들이 독창적으로 개발, 사용하고 있을 뿐만 아니라, 장비나 혼의 설계와 제작 노하우가 외부에 알려지는 것을 피하기 위하여 외부 판매 또한 이루어지지 않아 기술력이 낮은 업체에서는 정확히 검증되지도 않은 획일화된 혼 자체를 비싼 값에 구입하여 사용하는 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 파워서플라이를 이용한 자체 검사 장비가 정해진 물품만 분석할 수 있도록 만들어져 있기 때문에 사용목적이나 형태가 다른 혼을 제조하기 위해선 여러 형태의 장비가 요구되었을 뿐만 아니라, 진동주파수의 검사 정밀도가 떨어져 제작되는 혼의 불량률이 많은 문제점이 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치는 혼에 결합된 상태로 진폭을 가감하는 부스터를 지지·고정하는 고정부가 구성된 지지대; 상기 부스터의 일측에 연결되는 진동자를 구성하여 혼에 고주파 발진을 일으키고 진동 주파수를 검사하는 고주파 발진·검사장치; 비접촉 변위센서를 이용하여 혼에 구성되는 팁 가공부의 진동수와 진폭을 측정하는 진동계측기와, 상기 진동계측기에 연결되어 측정된 진동신호를 디지털값으로 변환하여 화면에 표시하고 진동수나 진폭을 분석하는 진동분석기로 구성된 계측·분석장치로 이루어지되, 상기 고 주파 발진·검사장치는, 전원을 ON/OFF하는 전원스위치; 전원스위치를 통해 투입되는 전기에너지를 검사하려는 혼의 주파수에 맞는 주파수대역으로 변환시키는 주파수변환스위치; 상기 주파수변환스위치를 통해 변환된 전기에너지의 주파수대역을 정밀하게 조절하는 주파수조절스위치; 상기 주파수변환스위치와 주파수조절스위치를 통하여 변환된 전기에너지를 기계적에너지로 변환시켜 부스터에 연결된 혼으로 횡진동을 전달하는 진동자; 횡진동을 전달받은 혼의 주파수 검사값을 수치로 표시하는 디스플레이; 주파수 검사에 따라 기기에 미치는 전류부하값을 표시하는 전류표시부로 구성된 것에 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치 및 분석방법은 고주파 발진 주파수를 자유로이 조절할 수 있는 고주파 발진·검사장치를 사용하기 때문에 다양한 형태의 혼에 대한 진동주파수 검사를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 혼 제작에 따른 비용을 절감 할 수 있어 혼 구입에 따른 비용을 줄일 수 있다.

또한, 계측·분석장치를 이용하여 혼의 진동수와 진폭을 더욱 정밀하게 분석할 수 있기 때문에 혼의 설계나 제작과정에서의 불량률을 줄여 제품의 용착 신뢰성을 제고할 수 있고, 혼의 설계사양 만족을 최대화하여 용착 제품의 품질 개선을 증진할 수 있는 유용한 발명이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 혼의 진동주파수 분석장치를 도시한 사시도이고, 도 2, 3은 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치를 이용한 분석방법을 도시한 순서도로서 같이 설명한다.

본 발명은 플라스틱 혹은 금속을 용착하기 위해 사용되는 초음파 용착기용 혼(H)의 진동주파수나 진폭을 분석하는 장치에 관한 것으로, 지지대(10)와, 고주파 발진·검사장치(80)와, 계측·분석장치(90)로 구성된다.

먼저, 지지대(10)는 전달받은 진폭을 가감하는 부스터(B)를 지지·고정하는 것으로, 상기 부스터(B)를 지지·고정하는 고정부(11)가 구성되어 있으며, 부스터(B)의 일측으로는 진동이 전달될 수 있도록 혼(H)이 결합되어 진다.

또한, 고주파 발진·검사장치(80)는 상기 부스터(B)의 타측에 연결되는 진동자(50)를 구성한 것으로, 혼(H)의 공진주파수를 검사하기 위하여 60Hz의 전원을 임의의 전원주파수로 변환함과 동시에 혼(H)에 고주파 진동이 일어나도록 한다.

여기서, 상기 고주파 발진·검사장치(80)는, 전원스위치(20)와, 주파수변환스위치(30)와, 주파수조절스위치(40)와, 진동자(50)와, 디스플레이(60)와, 전류표시부(70)로 구성되는 것에 특징이 있으며, 상기 전원스위치(20)는 고주파 발진·검사장치(80)의 전원을 ON/OFF하는 작동을 한다.

그리고, 주파수변환스위치(30)는 전원스위치(20)를 통해 투입되는 전기에너지를 검사하려는 혼(H)의 설계 공진주파수에 맞는 주파수대역으로 변환시키는 것으 로, 회전하는 다이얼로 되어 있다.

아울러, 주파수조절스위치(40)는 상기 주파수변환스위치(30)를 통해 변환된 전기에너지의 주파수대역을 정밀하게 조절하는 스위치로서, 주파수변환스위치(30)와 마찬가지로 회전하는 다이얼로 되어 있다.

이때, 상기 주파수조절스위치(40)는 하나의 단일 스위치로 구성할 수도 있으나, 바람직하게는 일반적인 조절을 하는 조절스위치(41)와 미세한 조절을 하는 미세조절스위치(42)로 분리하여 구성하는 것이 좋으며, 이때에는 선택스위치(43)를 더 포함하여 구성함으로써, 상기 조절스위치(41)와 미세조절스위치(42)를 선택한 후, 선택된 조절스위치(41, 42)로만 주파수 조절이 가능하도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

더불어, 진동자(50)는 상기 주파수변환스위치(30)와 주파수조절스위치(40)를 통하여 변환된 전기에너지를 기계적 진동에너지로 변환시키는 작동을 함과 동시에, 부스터(B)에 연결된 혼(H)으로 변환된 기계적 에너지인 초음파 횡진동을 전달하는 역할을 한다.

덧붙여, 디스플레이(60)는 진동자(50)를 통해 횡진동을 전달받는 혼(H)의 주파수 검사값을 수치로 표시하는 작용을 하고, 전류표시부(70)는 주파수 검사에 따라 기기에 미치는 전류부하값을 표시하는 작용을 한다.

또한, 계측·분석장치(90)는 진동계측기(91)와 진동분석기(92)로 구성되어 혼(H)에서 발생되는 진동의 진동수와 진폭을 측정하고 분석하는 것으로, 상기 진동계측기(91)에는 레이저센서와 같은 비접촉 변위센서(91b)가 구성되어 있어 혼(H)에 구성된 팁(1) 가공부에 초음파 진동이 일어날 시, 진동을 측정할 수 있으며, 상기 진동분석기(92)는 진동계측기(91)의 일측에 연결되어 있음으로써, 측정된 진동신호를 디지털 신호로 변환하여 화면에 표시하고 진동주파수나 진폭 등을 분석하는 작동을 한다.

여기서, 상기 계측·분석장치(90)에 구성된 진동계측기(91)는 혼(H)의 팁(1) 가공부의 진동을 용이하게 측정 가능하도록 측정센서의 형태에 따라 별도의 받침대(91a)에 받쳐지도록 구성할 수도 있으며, 계측·분석장치(90)의 진동분석기(92)에 표시되는 디지털 값은, 그래프나 수치 또는 그래프와 수치의 동시 표시 등으로 다양하게 나타날 수도 있기 때문에 혼(H)에 구성된 팁(1) 가공부의 진동수와 진폭을 용이하게 분석할 수 있게 된다.

이하에서는 상기와 같은 구성에 따른 작용을 설명한다.

먼저, 초음파 용착기에 사용될 혼(H)의 설정 초음파 진동수를 고려하여 진동해석과 시뮬레이션을 통하여 혼(H)을 설계하여 제작한다.(S10)

그 후에는, 제작된 혼(H)을 부스터(B)와 결합시킨 다음, 상기 부스터(B)를 지지대(10)에 구성된 고정부(11)에 지지·고정시킴으로써 혼(H)과 부서터(B)의 지지·고정을 완료하고,(S20) 상기 부스터(B)의 일측에 고주파 발진·검사장치(80)의 진동자(50)를 결합시킴으로써 진동주파수 검사준비를 완료한다.(S30)

진동주파수 검사준비가 완료된 후에는, 고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 전원스위치(20)를 ON하여 전기에너지를 투입하고, 검사하려는 혼(H)의 주파수에 맞는 주파수대역으로 전기에너지가 투입되도록 고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 주파수변환스위치(30)와 주파수조절스위치(40)를 조절한다.(S40)

이때에는, 주파수변환스위치(30)로 대략적인 주파수 범위를 지정한 후, 주파수조절스위치(40)를 이용하여 조절할 수 있는데, 상기 주파수조절스위치(40)가 일반적인 조절을 하는 조절스위치(41)와 미세한 조절을 하는 미세조절스위치(42)로 분리되어 구성되어 있고, 각각의 조절스위치(41, 42)를 선택하여 조절할 수 있도록 하는 선택스위치(43)가 구성되어 있기 때문에, 조절스위치(41)와 미세조절스위치(42)를 적절하게 선택하여 사용자가 원하는 주파수 대역으로의 선정을 용이하게 할 수 있게 된다.

상기와 같이 전원투입이 이루어지게 되면, 진동자(50)를 통하여 투입되는 전기에너지가 기계에너지로 변하게 되는데, 이때 변환되는 기계에너지는 횡진동으로서 부스터(B)에 연결된 혼(H)으로 전달되게 되며, 이에 따라 혼(H)에 진동이 발생되는 작용이 일어난다.(S50)

그리고, 상기 혼(H)에 공진이 발생되면, 상기 고주파 발진·검사장치(80)는 횡진동에 따른 혼(H)의 주파수 검사값을 측정하여 백업받는 작동이 일어나며, 백업받은 혼(H)의 주파수 값은 디스플레이(60)에 수치로서 표시된다.(S60)

아울러, 디스플레이(60)에 표시되는 주파수 검사값의 수치는 고주파 발진·검사장치(80)가 받은 전류부하의 값에 따라 계속해서 변화하게 되는데, 고주파 발진·검사장치(80)가 받은 전류부하 값은 전류표시부(70)를 통하여 손쉽게 확인할 수 있다.

더불어, 사용자는 전류표시부(70)에 표시된 전류부하값이 0에 최대한 가까이 위치함 시점에 디스플레이(60)에 표시된 수치을 읽음으로써 보다 정밀한 주파수 검사값을 측정할 수 있으며, 이로써 혼(H)의 정상 진동 발생여부를 검사할 수 있는 것이다.(S70)

또한, 상기와 같이 혼의 진동주파수 검사를 한 후에는, 계측·분석장치(90)를 이용하여 혼(H)에 구성된 팁(1) 가공부의 진동수와 진폭을 더욱 정확하게 측정할 수도 있다.

이때에는, 계측·분석장치(90)에 구성된 진동계측기(91)에 구성되는 레이저센서와 같은 비접촉 변위센서(91b)로 초음파 진동 신호를 측정하고(S80), 진동분석기(92)에서 이를 디지털 값으로 변환하여 혼(H)에 구성된 팁(1) 가공부의 진동수와 진폭을 분석(S90)함으로서 혼(H)이 설계된 주파수 영역에서 공진이 발생되고 있는지를 검증하게 된다.

그리고, 상기한 혼 진동주파수 검사단계(S70) 또는, 진동수 및 진폭 분석단계(S90)에서 혼(H)의 불량이 확인되었을 시에는 진동해석과 시뮬레이션을 통한 혼(H)의 재설계를 이룸으로써, 초음파 용착기에서 필요로 하는 주파수로 진동하는 혼(H)의 제작을 할 수 있게 되는 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치(100)를 이용할 경우에는 다양한 형태의 혼(H)에 대한 진동주파수 검사가 가능하며 이를 통하여 혼(H)의 불량여부를 손쉽게 알 수 있기 때문에 결과적으로는 제품의 용착을 보다 우수하게 할 수 있는 혼(H)을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 혼(H)의 제작 또는 구입 비용을 절감할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서는 특정 실시 예를 한정하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 변화와 변형이 가능할 것이며, 이러한 변화는 모두 본 특허의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 청구범위를 통해 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 혼의 진동주파수 분석장치를 도시한 사시도.

도 2, 3은 본 발명의 혼의 진동주파수 분석장치를 이용한 분석방법을 도시한 순서도.

B : 부스터 H : 혼

1 : 팁 10 : 지지대

11 : 고정부 20 : 전원스위치

30 : 주파순변환스위치 40 : 주파수조절스위치

41 : 조절스위치 42 : 미세조절스위치

43 : 선택스위치 50 : 진동자

60 : 디스플레이 70 : 전류표시부

80 : 고주파 발진·검사장치 90 : 계측·분석장치

91 : 진동계측기 91a : 받침대

91b : 비접촉 변위센서 92 : 진동분석기

100 : 진동주파수 분석장치

Claims

초음파 용착용 혼의 진동주파수를 분석하는 혼의 진동주파수 분석장치에 있어서,

혼(H)에 결합된 상태로 진폭을 가감하는 부스터(B)를 지지·고정하는 고정부(11)가 구성된 지지대(10);

상기 부스터(B)의 일측에 연결되는 진동자(50)를 구성하여 혼(H)에 고주파 발진을 일으키고 진동 주파수를 검사하는 고주파 발진·검사장치(80);

비접촉 변위센서(91b)를 이용하여 혼(H)에 구성되는 팁(1) 가공부의 진동수와 진폭을 측정하는 진동계측기(91)와, 상기 진동계측기(91)에 연결되어 측정된 진동신호를 디지털값으로 변환하여 화면에 표시하고 진동수나 진폭을 분석하는 진동분석기(92)로 구성된 계측·분석장치(90)로 이루어지되,

상기 고주파 발진·검사장치(80)는,

전원을 ON/OFF하는 전원스위치(20);

전원스위치(20)를 통해 투입되는 전기에너지를 검사하려는 혼(H)의 주파수에 맞는 주파수대역으로 변환시키는 주파수변환스위치(30);

상기 주파수변환스위치(30)를 통해 변환된 전기에너지의 주파수대역을 정밀하게 조절하는 주파수조절스위치(40);

상기 주파수변환스위치(30)와 주파수조절스위치(40)를 통하여 변환된 전기에너지를 기계적에너지로 변환시켜 부스터(B)에 연결된 혼(H)으로 횡진동을 전달하는 진동자(50);

횡진동을 전달받은 혼(H)의 주파수 검사값을 수치로 표시하는 디스플레이(60);

주파수 검사에 따라 기기에 미치는 전류부하값을 표시하는 전류표시부(70)로 구성된 것에 특징이 있는 혼의 진동주파수 분석장치.
제 1항에 있어서, 상기 고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 주파수조절수위치(40)는 조절스위치(41)와 미세조절스위치(42)로 분리되어 구성된 것에 특징이 있는 혼의 진동주파수 분석장치.
제 2항에 있어서, 상기 고주파 발진·검사장치(80)에는 상기 조절스위치(41)와 미세조절스위치(42)를 선택하여 조절할 수 있도록 하는 선택스위치(43)가 더 포함되어 구성된 것에 특징이 있는 혼의 진동주파수 분석장치.
혼의 진동주파수 분석장치를 이용하여 초음파 용착기용 혼의 진동주파수를 분석하는 방법에 있어서,

진동해석 및 시뮬레이션을 통하여 혼(H)을 제작하는 혼 제작단계(S10);

제작된 혼(H)을 부스터(B)와 결합시킨 후, 상기 부스터(B)를 지지대(10)에 구성된 고정부(11)에 지지·고정시키는 혼과 부스터 지지·고정단계(S20);

상기 부스터(B)의 일측에 고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 진동자(50)를 결합시키는 진동자 결합단계(S30);

고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 전원스위치(20)를 ON하여 전기에너지를 투입하고, 검사하려는 혼(H)의 주파수에 맞는 주파수대역으로 전기에너지가 투입되도록 고주파 발진·검사장치(80)에 구성된 주파수변환스위치(30)와 주파수조절스위치(40)를 조절하는 전원투입 및 주파수 변환조절단계(S40);

진동자(50)를 통하여 전기에너지를 횡진동으로 변환시킴과 동시에 변환된 횡진동을 부스터(B)에 연결된 혼(H)으로 전달함으로써 혼(H)에 공진을 발생시키는 혼 공진 발생단계(S50);

횡진동에 따른 혼(H)의 주파수 검사값을 고주파 발진·검사장치(80)로 백업받아 디스플레이(60)로 수치를 표시하는 주파수 표시단계(S60);

전류표시부(70)에 표시된 전류부하값이 0에 도달하는 시점에 디스플레이(60)에 표시된 수치를 읽어 주파수 검사값을 측정함으로써 혼(H)의 정상 진동 발생여부를 체크하는 혼 진동주파수 검사단계(S70)로 이루어진 것에 특징이 있는 초음파 용착용 혼의 진동주파수 분석방법.
제 4항에 있어서,

상기 혼 진동주파수 검사단계(S70) 이후에는, 진동계측기(91)에 구성된 비접촉 변위센서(91b)를 이용하여 혼(H)에 구성된 팁(1) 가공부의 진동수와 진폭을 측정하고, 측정된 신호의 진동수와 진폭 분석 결과를 표시부(92)에 표시하는 진동수 및 진폭 측정 단계(S80);

표시부(92)에 표시된 진동수와 진폭의 해석결과를 확인하여 혼(H) 설계의 적합성을 판단하는 진동수 및 진폭 분석단계(S90)가 더 포함되어 구성된 것에 특징이 있는 초음파 용착용 혼의 진동주파수 분석방법.