KR101395406B1 - 통합형 초음파 용착 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 시스템은 각각 다른 공진 주파수로 진동하는 복수 개의 초음파 진동자들과; 상기 복수 개의 초음파 진동자 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 스위칭부와; 상기 선택된 초음파 진동자에 시크 신호를 인가하는 초음파 앰프와; 상기 시크 신호에 의해 상기 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 검출부; 및 상기 초음파 진동자에 리셋 신호를 출력하여 초기화하고, 상기 검출부에서 검출된 초음파 진동자의 정상적인 공진 주파수를 출력하도록 상기 초음파 앰프를 제어하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 초음파 앰프에 복수의 초음파 진동자를 구비한 용착기에서 각 초음파 진동자에 대응하는 공진 주파수의 변화를 검출함으로써 선택적으로 초음파 진동자를 이용하여 편리하게 용착할 수 있다.

Description

통합형 초음파 용착 제어 시스템 및 그 방법{Control system of ultrasonic waves deposition and the method}

본 발명은 통합형 초음파 용착 제어 시스템 및 그 방법에 대한 것으로, 특히 하나의 초음파 앰프에 복수의 초음파 진동자를 구비한 용착기에서 각 초음파 진동자에 대응하는 공진 주파수의 변화를 검출함으로써 선택적으로 초음파 진동자를 이용하여 편리하게 용착할 수 있는 통합형 초음파 용착 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 초음파는 사람의 귀에는 들리지 않는 15~60khz 사이의 음파를 말하는데, 현재 이러한 초음파는 크게 신호적인 방법과 동력적인 방법으로 이용하고 있는 실정이다. 초음파가 신호적으로 이용되는 예는 쏘나, 깊이측정, 그리고 검사 등과 같은 것으로서, 초음파 신호를 발진하여 반사되어 돌아오는 것을 받아들여 측정하거나 영상으로 변환하는 방법으로 이용되고 있다. 또 다른 이용 례는 동력적으로 이용되는 예로서, 초음파 진동에너지를 이용하여 그 열을 이용하는 것이다. 이것이 본 발명에서 적용하고 있는 초음파 용착기이다. 즉 초음파 용착기는 충돌 마찰력을 이용하여 열가소성의 플라스틱 같은 물질을 녹여 접합하는 것이다.

초음파 용착기는 사람의 귀에는 들리지 않는 15~60khz 사이의 음파 에너지를 이용하여 플라스틱이나 구리 알루미늄 같은 연질금속을 녹여 접착하는 장비를 말한다. 초음파 용착기는 용착방법에 있어서 전달용착과 직접용착으로 구분할 수 있는데, 전달용착은 대상물질의 용착부분에 직접 초음파를 제공하는 것이 아니라 다른 부분에 초음파를 공급하여 그 진동에너지가 용착하고자 하는 물질과 접촉하고 있는 부분까지 전달되어 용착이 이루어지는 것을 말한다. 이에 대하여 직접용착은 치약 뒷면 같은 부분처럼 본 발명이 해당되는 RF 카드의 코일 매입(insert) 시 직접 물질에 접촉하여 용착하는 것을 말한다.

초음파 용착기는 통상 전기 에너지를 발생시키는 발진기와 발진기의 전기 에너지를 전달받아 진동으로 변환하는 초음파 진동자와, 초음파 진동자에서 발생된 진동을 증감시키는 부스터(Booster)와, 부스터와 연결되어 제품과 직접 접촉하여 진동을 전달하게 되는 공구혼(tool horn)으로 구성된다. 부스터는 메인혼(main horn)이라고도 하고, 통상 공구혼은 알루미늄, 티타늄, 스틸 등과 이들의 합금 재질로 이루어진다.

초음파 용착기는 통상 전원이 공급되면 15000~60000hz의 에너지로 변화되고, 이것이 다시 초음파 진동자에 의해 기계적 진동에너지로 변화된 다음 부스터로 그 진폭이 조절되어 공구혼에 전달되는 동작을 하게 된다. 공구혼에 전달된 진동 에너지가 용착물에 전달되면 용착물의 접합면에서 순간적인 마찰열이 발생하여 열가소성 플라스틱, 필름, 금속 튜브 등을 신속하게 용착하게 된다. 물론 다른 물질이 들어가지 않기 때문에 그 접착면은 순수하고 청결한 장점이 있다.

그러나, 이러한 초음파 용착기는 사용하는 목적 및 용도에 따라 공진 주파수및 그 크기가 다른 초음파 진동자를 이용하기 때문에 번갈아 가며 사용하기가 불편하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하나의 초음파 앰프에 복수의 초음파 진동자를 구비한 용착기에서 각 초음파 진동자에 대응하는 공진 주파수의 변화를 검출함으로써 선택적으로 초음파 진동자를 이용하여 편리하게 용착할 수 있는 통합형 초음파 용착 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 시스템은 각각 다른 공진 주파수로 진동하는 복수 개의 초음파 진동자들과; 상기 복수 개의 초음파 진동자 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 스위칭부와; 상기 선택된 초음파 진동자에 시크 신호를 인가하는 초음파 앰프와; 상기 시크 신호에 의해 상기 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 검출부; 및 상기 초음파 진동자에 리셋 신호를 출력하여 초기화하고, 상기 검출부에서 검출된 초음파 진동자의 정상적인 공진 주파수를 출력하도록 상기 초음파 앰프를 제어하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 검출부는 PLL 회로를 이용하여 정상 신호의 소정 값인 시크 신호를 출력하여 공진 주파수를 검출하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 선택된 초음파 진동자의 검출된 공진 주파수를 저장하는 저장부를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 저장부에 저장된 공진 주파수는 다른 초음파 진동자가 선택되면 상기 제어부에서 리셋 신호를 출력하여 이전에 저장된 공진 주파수를 삭제하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 본 발명의 통합형 초음파 용착 제어방법은 복수 개의 초음파 진동자들 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 단계와; 이전에 저장된 초음파 진동자의 공진 주파수를 삭제하도록 리셋 신호를 출력하는 단계와; 상기 선택된 초음파 진동자에 시크 신호를 인가하는 단계와; 상기 초음파 진동자에 인가된 시크 신호의 피드백 신호를 추출하여 해당 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 단계와; 상기 검출된 공진 주파수를 상기 초음파 진동자에 인가하여 정상 용착하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 정상 용착 단계 이후, 상기 복수의 초음파 진동자들 중에서 다른 초음파 진동자로 변환하는 단계를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 다른 초음파 진동자로 변환하고자 하면 상기 스위칭하는 단계 이후부터 정상 용착 하는 단계까지 반복하여 수행하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 공진 주파수를 검출하는 단계에서 PLL 회로를 이용하여 정상 신호의 소정 값인 시크(seek) 신호를 출력하여 공진 주파수를 검출하는 점에 그 특징이 있다.

이상의 본 발명에 따르면, 하나의 초음파 앰프에 복수의 초음파 진동자를 구비한 용착기에서 각 초음파 진동자에 대응하는 공진 주파수의 변화를 검출함으로써 선택적으로 초음파 진동자를 이용하여 편리하게 용착할 수 있다.

도 1은 본 발명의 통합형 초음파 용착 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 방법에 대한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 신호의 출력되는 파형을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 통합형 초음파 용착 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 시스템은, 각각 다른 공진 주파수로 진동하는 복수 개의 초음파 진동자들(150)과, 상기 복수 개의 초음파 진동자(150) 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 스위칭부(140)와, 상기 선택된 초음파 진동자(150)에 시크 신호를 인가하는 초음파 앰프(130)와, 상기 시크 신호에 의해 상기 초음파 진동자(150)의 공진 주파수를 검출하는 검출부(120), 상기 초음파 진동자(150)에 리셋 신호를 출력하여 초기화하고, 상기 검출부(120)에서 검출된 초음파 진동자(150)의 정상적인 공진 주파수를 출력하도록 상기 초음파 앰프(130)를 제어하는 제어부(110) 및 상기 선택된 초음파 진동자(150)의 검출된 공진 주파수를 저장하는 저장부를 포함하여 구성된다.

상기 복수 개의 초음파 진동자들(150)은 발진기의 전기 에너지를 전달받아 진동으로 변환하는 것으로, 초음파 진동자에서 발생된 진동을 증감시키는 부스터(Booster)와, 부스터와 연결되어 제품과 직접 접촉하여 진동을 전달하게 되는 공구혼(tool horn)으로 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 복수 개의 초음파 진동자들(150)은 각각 다른 공진 주파수를 갖고 배치되는 것으로, 용착 용도에 따라 공진 주파수가 다른 복수 개(n)의 초음파 진동자들로 마련되어 있다. 즉, 각 초음파 진동자에 별도의 초음파 앰프를 마련하지 않고, 하나의 초음파 앰프로 복수의 초음파 진동자(150)에 각각 다른 공진 주파수를 인가할 수 있는 것으로 용도에 따라 편리하게 초음파 용착을 진행할 수 있게 된다.

상기 스위칭부(140)는 상기 각 초음파 진동자(130)에 대응하도록 일대일로 마련되어 있으며 상기 제어부(110)의 제어 신호에 의해 선택된 스위치가 스위칭 된다.

상기 초음파 앰프(130)는 전기 에너지를 발생시키는 발진기(genarator)로 상기 선택된 초음파 진동자의 공진 주파수로 출력한다.

보다 구체적으로, 상기 초음파 앰프(130)는 상기 제어부(110)의 제어 신호에 따라 시크(seek) 신호를 출력하게 된다. 이때, 시크 신호는 상기 선택된 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하기 위해 출력하는 것으로 일반적으로 인가되는 공진 주파수의 신호의 10% 정도만 출력하게 된다. 여기서, 상기 각 초음파 진동자의 공진 주파수는 상기 저장부에 저장될 수 있으며, 미리 저장된 공진 주파수를 참고하여 출력할 수도 있다. 따라서, 각 초음파 진동자의 외부적인 요소 또는 내부적 요소에 따른 변화된 공진 주파수를 검출하기 위해 출력하게 된다.

상기 검출부(120)는 PLL 회로를 이용하여 정상 신호의 소정 값인 시크 신호를 출력하여 공진 주파수를 검출하게 된다. 즉, 상기 초음파 앰프(130)에서 공진 주파수의 10% 정도의 시크 신호를 출력하여 상기 선택된 초음파 진동자(151)의 정확한 공진 주파수를 검출하게 된다.

따라서, 다른 초음파 진동자(152)로 변환된다면 그에 대응하는 공진 주파수를 검출할 수 있게 된다.

상기 제어부(110)는 상기 초음파 앰프(130)가 공진 주파수를 발생하도록 그에 대응하는 제어 신호를 인가하고, 상기 스위칭부(140)에 선택된 초음파 진동자로 스위칭되도록 제어신호를 출력한다.

또한, 상기 제어부(110)는 상기 초음파 앰프(130)에 시크 신호를 출력하도록 제어하고 상기 초음파 진동부(150)가 선택되면 리셋 신호를 인가하여 상기 저장부(160)에 저장된 이전의 공진 주파수가 지워지도록 한다.

상기 저장부(160)에 저장된 공진 주파수는 다른 초음파 진동자(152)가 선택되면 상기 제어부(110)에서 리셋 신호를 출력하여 이전에 저장된 공진 주파수를 삭제하게 된다.

또한, 도 2는 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 방법에 대한 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 본 발명의 통합형 초음파 용착 제어방법은 복수 개의 초음파 진동자들 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 단계가 수행된다(S201). 상기 제어부(110)는 상기 스위칭부(140)에 선택된 초음파 진동자(151)로 스위칭되도록 제어신호를 출력한다.

그리고, 이전에 저장된 초음파 진동자의 공진 주파수를 삭제하도록 리셋 신호를 출력하는 단계가 수행된다(S202). 여기서, 상기 리셋 신호는 상기 저장부(160)에 저장된 이전의 초음파 진동자의 공진 주파수가 지워지도록 한다.

이어서, 상기 선택된 초음파 진동자(151)에 시크 신호를 인가하는 단계가 수행된다(S203). 이때, 시크 신호는 상기 선택된 초음파 진동자(151)의 공진 주파수를 검출하기 위해 출력하는 것으로 일반적으로 인가되는 공진 주파수의 신호의 10% 정도만 출력하게 된다.

그 다음, 상기 초음파 진동자(151)에 인가된 시크 신호의 피드백 신호를 추출하여 해당 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 단계가 수행된다(S204). 여기서, 상기 공진 주파수의 검출은 PLL 회로를 이용하여 시크 신호를 출력하여 검출하게 된다. 즉, 상기 초음파 앰프(130)에서 공진 주파수의 10% 정도의 시크 신호를 출력하여 상기 선택된 초음파 진동자(151)의 정확한 공진 주파수를 검출하게 된다. 또한, 상기 공진 주파수는 주기적으로 검출하여 여러 가지 변화 요인에 의해 변화되는 공진 주파수를 교정할 수 있다.

그 다음, 상기 검출된 공진 주파수를 상기 초음파 진동자에 인가하여 정상 용착하는 단계가 수행된다(S205). 즉, 선택된 초음파 진동자(151)의 정확한 공진 주파수를 검출하여 상기 초음파 앰프(130)에서 그에 대응하는 공진 주파수를 인가하게 된다.

한편, 상기 정상 용착 단계 이후, 상기 복수의 초음파 진동자들 중에서 다른 초음파 진동자로 변환하는 단계가 수행된다(S206). 즉, 필요에 따라 초음파 진동자(152)를 선택하여 순차적으로 초음파 용착을 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 다른 초음파 진동자로 변환하고자 하면 상기 스위칭하는 단계 이후부터 정상 용착하는 단계까지 반복 수행하게 된다. 여기서, 다른 초음파 진동자로 변환된다면 그에 대응하는 정확한 공진 주파수를 검출하여 진행하게 된다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 통합형 초음파 용착 제어 신호의 출력되는 파형을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 제어부에서는 초음파 진동자를 선택하는 스위칭 신호를 출력하고, 그 다음으로 선택된 초음파 진동자에 대한 리셋 신호를 출력한다. 그리고, 다시 시크 신호를 인가하여 상기 선택된 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하고, 검출된 공진 주파수를 인가하여 초음파 용착을 진행하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 --- 제어부 120 --- 검출부
130 --- 초음파 앰프 140 --- 스위칭부
150 --- 초음파 진동자 160 --- 저장부

Claims (8)

1. 초음파 용착 제어 시스템에 있어서,
   각각 다른 공진 주파수로 진동하는 복수 개의 초음파 진동자들과;
   상기 복수 개의 초음파 진동자 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 스위칭부와;
   상기 선택된 초음파 진동자에 시크 신호를 인가하는 초음파 앰프와;
   상기 시크 신호에 의해 상기 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 검출부; 및
   상기 초음파 진동자에 리셋 신호를 출력하여 초기화하고, 상기 검출부에서 검출된 초음파 진동자의 정상적인 공진 주파수를 출력하도록 상기 초음파 앰프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 검출부는 PLL 회로를 이용하여 정상 신호의 소정 값인 시크 신호를 출력하여 공진 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 선택된 초음파 진동자의 검출된 공진 주파수를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 저장부에 저장된 공진 주파수는 다른 초음파 진동자가 선택되면 상기 제어부에서 리셋 신호를 출력하여 이전에 저장된 공진 주파수를 삭제하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 시스템.
   
5. 복수 개의 초음파 진동자들 중에서 어느 하나를 선택하도록 스위칭하는 단계와;
   이전에 저장된 초음파 진동자의 공진 주파수를 삭제하도록 리셋 신호를 출력하는 단계와;
   상기 선택된 초음파 진동자에 시크 신호를 인가하는 단계와;
   상기 초음파 진동자에 인가된 시크 신호의 피드백 신호를 추출하여 해당 초음파 진동자의 공진 주파수를 검출하는 단계와;
   상기 검출된 공진 주파수를 상기 초음파 진동자에 인가하여 정상 용착하는 단계를 포함하는 통합형 초음파 용착 제어방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 정상 용착 단계 이후, 상기 복수의 초음파 진동자들 중에서 다른 초음파 진동자로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 다른 초음파 진동자로 변환하고자 하면 상기 스위칭하는 단계 이후부터 정상 용착 하는 단계까지 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 방법.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 공진 주파수를 검출하는 단계에서 PLL 회로를 이용하여 정상 신호의 소정 값인 시크(seek) 신호를 출력하여 공진 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 통합형 초음파 용착 제어 방법.
   

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