KR20070038436A - 진동 용접 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동 용접 방법에 관한 것이다. 이 진동 용접은, 각각이 주파수 변환기와 연결되며 기계적으로 분리된 복수의 진동 헤드에 의해 이루어진다. 전기 회로는, 주파수 변환기 중 하나의 주파수 변환기가 마스터로서 작동되고 다른 주파수 변환기가 슬레이브로서 작동될 수 있도록 주파수 변환기를 연결한다. 마스터의 제어 효과에 의해, 복수의 진동 헤드가 동기 또는 의도된 비동기 방식으로 작동될 수 있다.
진동 용접, 주파수 변환기, 진동 헤드, 동기, 비동기, 마스터, 슬레이브

Description

진동 용접 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR VIBRATION WELDING}
도 1은 진동 용접 장치에서 기계적으로 서로 분리되어 작동되는 복수의 진동 헤드를 나타내는 도면이다.
도 2는 복수의 진동 헤드의 진동 신호를 비교하는 도면이다.
본 발명은 진동 용접, 특히 복수의 진동 헤드를 가지는 진동 용접을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
진동 용접은 플라스틱 부품의 용접을 위해 개발되었다. 이러한 용접에서, 용접될 플라스틱 부품들은 임의의 접촉면에서 서로 마찰된다. 이러한 마찰을 통해, 결합될 부품의 접합 영역이 플라스틱 용융 온도에 도달하여 접촉면에서 플라스틱이 가소화되고 결합된다.
진동 용접에 있어서, 진동 용접기에서는 대개 개별적인 진동 헤드가 작동된다. 이러한 기술은 자동차의 대시보드와 같은 상이한 크기의 플라스틱 부품의 용접에 적합하다. 플라스틱 부품의 크기에 따라 상이한 크기의 용접기가 사용된다. 이들 용접기는 툴의 무게, 용접될 표면, 및 설치 크기에 따라 구분된다.
커다란 플라스틱 부품을 결합할 수 있도록 하기 위해서는, 개별 진동 헤드의 크기를 증대시키는 것보다 진동 용접기에서 진동 헤드의 수를 증가시키는 것이 경제적이고 기술적으로 보다 합리적이다. 따라서, 전기 코일과 같은 전기 부품의 직렬 연결 및 기계 부품의 기계적 결합을 통한 커다란 구성이 가능하다. 기계적 결합은 특히 커다란 구성의 중점 사항이며, 그 이유는, 이 방식에 의해서만 결합된 기계 부품 및 진동 헤드의 주파수 및 위상이 동일한 진동이 얻어지기 때문이다. 그러나, 현재 이러한 방식은, 구성상의 이유로 인해, 2개의 진동 헤드만이 서로 연결되고 연동될 수 있어서 단점으로 지적되었다. 그러나, 커다란 플라스틱 부품의 용접을 위해 복수의 진동 헤드가 필요한 경우, 이들 진동 헤드 사이의 조절이 문제가 된다. 예를 들어, 진동 용접기에서 진동 헤드가 조절되지 않고 위상이 조화되지 않음으로써 플라스틱 부품의 결합이 신뢰적으로 이루어지지 않는다.
따라서, 본 발명의 과제는, 복수의 진동 헤드 또는 진동 시스템을 사용하는 경우에도 전체적인 진동 시스템 또는 진동 헤드가 하나의 커다란 진동 헤드처럼 작동하도록 함으로써 플라스틱 부품의 신뢰적인 결합이 보장되도록 하는 진동 용접 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 과제는 독립청구항인 제1항에 따른 장치 및 독립청구항인 제6항에 따른 방법을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 형태, 실시예, 및 추가의 개선점은 다음의 설명, 도면 및 청구범위를 통해 명백해질 것이다. 본 발명은 복수의 독립적이고 기계적으로 분리된 진동 시스템이 동일한 진폭, 주파수, 및 위상 으로 작동되어 그 효과가 하나의 커다란 진동 헤드와 동일해지도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 진동 용접 장치는, 각각이 하나의 주파수 변환기 또는 다른 적절한 구동기와 연결되며 기계적으로 분리되어 있는 복수의 진동 헤드, 및 상기 하나의 주파수 변환기가 마스터로서 작동되고 다른 주파수 변환기가 슬레이브로서 작동될 수 있도록 상기 진동 헤드의 주파수 변환기와 연결되는 전기 회로를 포함하여, 상기 마스터의 제어 효과를 토대로 하여 상기 복수의 진동 헤드의 동기 작동 또는 의도된 비동기 작동이 이루어진다.
본 발명에 따른 장치에 의해, 복수의 진동 헤드의 동기 작동을 위한 변조 및 구성상의 문제점이 해결된다. 이것은, 동기를 위한 기계적 결합이 복수의 진동 헤드의 전기적 구동에 의해 생략될 수 있다는 사실에 근거한다. 또한, 기계적으로 분리된 진동 헤드의 전기적 상호연결을 통해 이들 진동 헤드에 동일한 제어 신호와 함께 전원 공급이 이루어진다. 각각의 진동 헤드에 대한 동일한 전기 제어 신호는 진동 헤드가 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수 중에서 선택된 것들이 동기 작동될 수 있도록 해준다. 다른 실시예에 따르면, 결합될 플라스틱 부품의 구성 및/또는 소재 특성이 위상 및/또는 진폭과 관련하여 진동 헤드의 의도된 비동기 작동을 필요로 하는 것도 고려 가능하다. 진동 헤드가 연대하여 시동되거나 정지되는 것도 바람직하다. 또 다른 실시예에 따르면, 진동 헤드는 연대하여 시동된 후에 언제든지 개별적 및/또는 그룹별로 정지될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 진동 헤드에 대한 동일한 주파수 및 위상은 마스터에 의해 특정되는 것이 바람직하며, 주파수는 개별 진동 헤드의 공진 주파수의 평균값으로부터 얻어진다. 다른 형태로서, 버스 시스템 또는 병렬 회로를 통해 마스터에 의해 슬레이브를 구동하는 것 또한 고려할 수 있으며, 이를 통해 개별 진동 헤드의 각각에 대한 개별적인 진폭 제어가 가능하다. 진동 헤드의 개별 구동 및 기계적인 분리로 인해, 이들 진동 헤드, 예를 들어 적어도 2개의 진동 헤드는 용접될 가공물에 대하여 자유롭게 위치될 수 있다. 이러한 구성상의 자유로 인해, 가공물의 기하학적 형상이 상이해지는 것이 가능하며, 동시에 신뢰적인 용접 결합이 보장된다.
각각이 주파수 변환기 또는 다른 적절한 구동기와 연결되며 기계적으로 서로 분리되어 있는 복수의 진동 헤드로 진동 용접을 하기 위한 본 발명의 방법은, 적어도 하나의 주파수 변환기를 마스터로 정하고 나머지 주파수 변환기를 슬레이브로 정하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 마스터에 의해 상기 슬레이브를 구동하는 단계를 포함하여, 상기 진동 헤드가 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수 중에서 선택된 것이 동기식 또는 의도된 비동기식으로 작동되도록 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
진동 용접 장치는 복수, 바람직하게는 2개 이상의 진동 헤드(10)를 포함한다. 도 1은 이들 진동 헤드(10)의 예시를 나타낸다. 이들은 진동 용접 장치 내에서 기계적으로 분리되어 배치된다. 진동 헤드(10)가 기계적으로 분리되어 배치됨으로써, 용접될 플라스틱 부품의 기하학적 형상은 진동 헤드(10)의 배치를 위해 조 절되거나 정렬될 필요가 없다. 오히려, 진동 헤드(10)는 자유롭게 위치되어, 진동 헤드(10)의 배치는 가공될 플라스틱 부품의 임의의 기하학적 형상에 대하여 조절될 수 있다.
각각의 진동 헤드(10)는 주파수 변환기 또는 다른 적절한 구동기(미도시)와 연결된다. 주파수 변환기는 다시 전기 회로를 통해 서로 연결되어, 이들 중 하나는 마스터 주파수 변환기(이하 "마스터"라 함)로서 작동되고, 나머지는 슬레이브 주파수 변환기(이하 "슬레이브"라 함)로서 작동될 수 있다. 이 전기 회로는 주파수 변환기 중 하나가 먼저 마스터로 정해지고 나머지는 슬레이브로 정해질 것을 필요로 한다. 마스터는 진동 헤드(10)의 모든 주파수 변환기, 즉 마스터 및 슬레이브 모두에 대한 제어 및/또는 공급 신호를 특정한다. 이로 인해, 진동 헤드(10)를 구비한 진동 용접기에 설치된 임의의 주파수 변환기는 마스터로 정해져서, 진동 용접기의 진동 시스템을 위한 별도의 주파수 변환기 또는 별도의 제어 유닛이 필요하지 않게 된다. 그러나, 진동 헤드(10)에 의해 분리되는 주파수 변환기 또는 별도의 제어 유닛을 마스터로 이용하는 다른 실시예도 고려 가능하다. 또한, 마스터에 의해 모든 제어 신호가 특정되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 또 다른 실시예에 따르면, 목표 진폭은 마스터에 의해 특정되는 것이 아니라 개별 슬레이브에 의해 특정된다.
주파수 변환기 또는 마스터와 슬레이브를 연결해주는 전기 회로는 상이한 실시예에 따라 상이하게 구성될 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 마스터와 슬레이브는 병렬 회로를 통해 상호 연결된다. 이로 인해, 마스터는 모든 슬레이브를 구동 시키고 따라서 연결된 진동 헤드(10)의 신호는 모두 동일하다. 따라서, 모든 진동 헤드(10)는 동기된 주파수 및 위상으로 작동된다. 또한, 각각의 슬레이브는 마스터와 개별적으로 연결되어, 개별 진동 헤드의 진동의 진폭에 대한 개별 목표값을 수용하도록 한다. 이러한 방식에서, 마스터에 의해 의도된 방식으로 제어되고 슬레이브에 의해 조절되는 진폭이 개별 진동 헤드(10)에 형성된다. 일반적으로, 진폭이 마스터에 의해 결정될 수 있도록 하는 것도 물론 가능하다. 그러나, 개별 진폭의 조절은 개별 슬레이브에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 슬레이브는 버스(Binary Unit System) 시스템을 통해 마스터와 연결된다. 이 버스 시스템은 주파수 변환기 사이의 작동 데이터를 변경시키는 것을 가능하게 하여, 연결된 진동 헤드(10)가 마스터 및 버스 시스템을 통해 전체적으로 제어되도록 한다. 마스터에 의해 전송된 작동 데이터는, 진동 헤드(10)의 주파수, 진폭 및 위상을 결정하도록 연결된 슬레이브를 위한 제어 및/또는 공급 데이터를 포함한다.
주파수 변환기와 진동 헤드(10)의 연결을 위한 상기 전기 회로에 의해, 진동 헤드(10)는 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수 중의 선택된 것이 동기식(도 2 참조), 또는 의도된 비동기식으로 작동된다. 이러한 구성에서, "동기식"은, 진동 헤드가 동일한 진폭, 주파수 및 위상, 또는 이들 변수 중에서 선택된 변수로 짝을 이루어 작동하는 것을 의미한다. "비동기식"은, 상이한 진동 헤드의 진폭 및 위상이 서로 상이한 것을 의미한다. 이러한 차이의 크기는 진동 용접 공정의 요구조건에 따라 결정된다. 따라서, 예를 들면 진동 헤드의 동기식 작동을 통해 면적이 넓 은 가공물에 간섭 진동이 형성되는 것을 고려할 수 있다. 이것은 하나 이상의 진동 헤드의 의도된 비동기식 구동 및 작동에 의해 안정되거나 감소될 수 있다. 따라서, 가공될 소재의 가공물 형상, 크기, 특성, 및 진동 용접의 기본 조건은 이러한 작동 모드를 요구한다. 동기식 주파수 제어에 있어서, 진동 헤드(10)의 각각의 공진 주파수는 연관된 주파수 변환기 또는 슬레이브를 통해 결정되며 마스터로 보내진다. 마스터는 확인된 공진 주파수로부터 평균값을 계산하여, 주파수 목표값이 마스터로부터 슬레이브로 보내지거나 이 평균값에 근거하여 특정된다. 진동 헤드(1)의 진폭은, 마스터에 의해 의도된 방식으로 조절될 수 있으며 연결된 진동 헤드(10)를 향하는 각각의 슬레이브에 대한 자체 라인 또는 버스 시스템을 통해 결정되는 목표값에 의해 개별적으로 조절된다. 따라서, 각각의 진동 헤드의 진폭은 각각의 목표값에 따라 동일하거나 상이해질 수 있다.
진동 헤드(10)의 기계적 분리 배열 및 동기 구동에 의해, 진동 헤드(10)는 공간 내에서 자유로이 배치될 수 있다. 이로 인해, 연관되는 주파수 변환기 또는 슬레이브를 구비하는 진동 헤드(10)의 공간적 배치는 처리될 가공물의 기하학적 형상에 알맞도록 조정될 수 있다. 그러므로, 한편으로는, 진동 헤드의 동기식 또는 의도된 비동기식 구동이 보장될 수 있으며, 다른 한편으로는, 진동 헤드의 기계적 결합의 속박이 회피된다. 2개 이상의 진동 헤드(10)가 사용되는 것이 바람직하며, 이 개수는 가공물의 형상 및 크기에 따라 가변될 수 있다. 또한, 진동 헤드를 연대하여 시동 및 정지시키거나 연대하여 시동된 후에 순차적으로 정지시키는 것도 바람직하다.
또한, 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수의 선택이 마스터에 의해 동기적으로 제어되는 것도 바람직하다. 제어에서의 이들 차이점은 예를 들어 가공물의 형상, 크기, 또는 가공될 소재의 특성에 의해 특정된다. 이를 통해, 마스터에 의해 실현될 제어 작용은 각각의 가공에 대하여 변경되어 마스터의 과부하가 방지된다.
본 발명에 의해, 복수의 독립적이고 기계적으로 분리된 진동 시스템이 동일한 진폭, 주파수, 및 위상으로 작동되어 그 효과가 하나의 커다란 진동 헤드와 동일해지도록 하는 장치 및 방법이 제공된다.

Claims (10)

  1. 각각이 주파수 변환기 또는 다른 적절한 구동기와 연결되며 기계적으로 분리되어 있는 복수의 진동 헤드(10), 및
    상기 주파수 변환기 중 하나의 주파수 전환기가 마스터(master)로서 작동되고 다른 주파수 변환기가 슬레이브(slave)로서 작동될 수 있도록 상기 진동 헤드(10)의 주파수 변환기와 연결되는 전기 회로
    를 포함하고,
    상기 마스터의 제어 효과를 토대로 하여 상기 복수의 진동 헤드(10)의 동기 작동 또는 의도된 비동기 작동이 이루어질 수 있는
    것을 특징으로 하는 진동 용접 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 헤드(10)는, 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수의 선택에서 동기 또는 의도된 비동기 방식으로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 진동 용접 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동 헤드(10)의 주파수 및 위상은 상기 마스터에 의해 특정될 수 있으며, 상기 주파수는 상기 진동 헤드(10)의 공진 주파수의 평균값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 진동 용접 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브는, 버스 시스템 또는 병렬 회로를 통해 상기 마스터에 의해 진폭이 개별적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 진동 용접 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    주파수 변환기를 구비하며 가공물에 대하여 자유롭게 배치될 수 있는 2개 이상의 진동 헤드(10)를 가지는 것을 특징으로 하는 진동 용접 장치.
  6. 주파수 변환기와 연결되며 기계적으로 서로 분리되어 있는 복수의 진동 헤드(10)로 가공물을 진동 용접하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 주파수 변환기를 마스터로 정하고 나머지 주파수 변환기를 슬레이브로 정하는 단계, 및
    상기 하나 이상의 마스터를 통해 상기 슬레이브를 구동하는 단계
    를 포함하고,
    상기 진동 헤드는, 주파수, 위상 및 진폭, 또는 이들 변수 중에서 선택된 것이 동기식 또는 의도된 비동기식으로 작동되는
    것을 특징으로 하는 진동 용접 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 단계는 상기 주파수 변환기의 병렬 회로를 통하거나 버스 시스템을 통한 상기 주파수 변환기의 연결을 통해 일어나는 것을 특징으로 하는 진동 용접 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    가공물에 대하여 자유롭게 배치될 수 있는 2개 이상의 진동 헤드가 작동되는 것을 특징으로 하는 진동 용접 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마스터에 의해 상기 진동 헤드의 주파수 및 위상을 특정하는 단계를 더 포함하며, 상기 주파수는 상기 진동 헤드(10)의 공진 주파수의 평균값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 진동 용접 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 마스터에 의해 상기 진동 헤드(10)에 대한 개별 또는 연대 진폭 목표값을 특정하고 이 목표값을 상기 슬레이브에 전송하여 상기 진동 헤드(10)가 일치된 진폭 또는 상이한 진폭으로 작동될 수 있도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 용접 방법.
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