KR20120067931A - 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

초음파 용접 시스템의 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 제 1 및 제 2 가속도계 센서들은 초음파 혼이 진동하여 앤빌에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들을 생성한다. 상기 시스템은 또한, 제 1 및 제 2 신호들을 수령하는 마이크로프로세서를 포함한다. 상기 마이크로프로세서는 제 1 시점에서 제 1 신호의 크기와 제 1 시점에서 제 2 신호의 크기 사이의 차이를 결정한다. 상기 마이크로프로세서는 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치 보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값을 메모리 장치에 저장한다.

Description

초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING WHETHER AN ULTRASONIC HORN IS ALIGNED WITH AN ANVIL}
본 발명은 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
초음파 용접 시스템은 용접 조인트를 형성하기 위해 이용되고 있다. 상기 초음파 시스템은 초음파 혼(horn)과 고정시킨 앤빌(anvil)을 활용할 수 있다. 그러나, 그것은 바람직하지 않은 구조적 특성을 갖는 용접 조인트를 형성할 수 있는 앤빌과 초음파 혼을 정렬하기가 어렵다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 상기에 언급된 단점을 최소화하고 및/또는 제거하는 향상된 초음파 용접 시스템의 초음파 혼(horn)이 앤빌(anvil)과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템 및 방법의 필요성을 인식하게 되었다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 초음파 용접 시스템의 초음파 혼(horn)이 앤빌(anvil)과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 앤빌에 연결된 블라켓(bracket) 상에서 제 1 및 제 2 위치들에 각각 배치되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들(accelerometer sensors)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 가속도계 센서들은 초음파 혼이 진동하여 앤빌에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들(accelerations)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들을 생성하도록 구성되어 있다. 상기 시스템은 또한, 제 1 및 제 2 신호들을 수령하도록 구성되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들에 작동 가능하게 연결되어 있는 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함한다. 상기 마이크로프로세서는 제 1 시점(first time)에서 제 1 신호의 크기(amplitude)와 제 1 시점에서 제 2 신호의 크기 사이의 차이를 결정하도록 더 구성되어 있다. 상기 마이크로프로세서는 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 차이가 임계치(threshold value) 보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값(identifier value)을 메모리 장치(memory device)에 저장하도록 더 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 용접 시스템의 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 앤빌에 연결된 블라켓 상에서 각각 제 1 및 제 2 위치들에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들을 사용하여, 초음파 혼이 진동하여 앤빌에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들을 생성하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 또한, 마이크로프로세서에서 제 1 및 제 2 신호들을 수령하는 과정을 포함한다. 상기 방법은 또한, 마이크로프로세서를 사용하여 제 1 시점에서 제 1 신호의 크기와 제 1 시점에서 제 2 신호의 크기 사이의 차이를 결정하는 과정; 을 포함한다. 상기 방법은 또한, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기가 임계치 보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값을 메모리 장치에 저장하는 과정을 포함한다.
앞서 기술한 초음파 용접 시스템은 다른 시스템들보다 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 상기 초음파 용접 시스템은 초음파 혼과 앤빌과 정렬되어 있는 여부를 결정하는 기술적 효과를 제공한다.
도 1은 초음파 용접 시스템의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 초음파 용접 시스템의 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템의 블록도이다;
도 3은 도 1의 초음파 용접 시스템에 사용되는 초음파 용접 장치의 측면도이다;
도 4는 도 3의 초음파 용접 장치에 사용되는 블라켓의 후면도이다;
도 5는 도 3의 초음파 용접 장치에 사용되는 앤빌의 부분 및 초음파 혼의 부분 모식도이다;
도 6은 도 2의 시스템에 사용되는 제 1 및 제 2 가속계 센서들에 의해 생성되는 제 1 및 제 2 신호들의 모식도이다;
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 용접 시스템의 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 하기의 내용으로 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 구성요소들에 용접 조인트를 형성하기 위한 초음파 용접 시스템(10)이 도시되어 있다. 초음파 용접 시스템(10)은 초음파 용접 장치(20)와 초음파 용접 제어장치(22)를 포함한다.
초음파 용접 장치(20)는 전지셀들의 전극단자와 같이 구성요소들에 용접 조인트를 형성하도록 구성되어 있다. 초음파 용접 장치(20)는 초음파 구동기(40), 초음파 혼(42), 앤빌(46), 블라켓(47) 및 위치 작동기(positioning actuator: 48)를 포함한다.
초음파 구동기(40)는 초음파 용접 제어장치(22)로부터 제어 신호를 수신하기 위한 응답으로 초음파 혼(42)이 진동하도록 구성되어 있다. 초음파 구동기(40)는 초음파 혼(42)에 작동 가능하게 결합되어 있다.
초음파 혼(42)은 혼(42)의 진동시, 구성 요소들에 하나 이상의 용접 조인트를 형성하도록 혼(42)과 앤빌(46) 사이에 장착되는 구성요소들(예를 들어, 전지셀의 전극단자)에 접촉하도록 구성되어 있다. 초음파 혼(42)은 헤드부(60), 중앙부(62) 및 팁부(64)를 포함한다. 헤드부(60)는 초음파 구동기(40)와 작동 가능하게 결합된다. 중앙부(62)는 헤드부(60)와 팁부(64) 사이에 결합된다. 팁부(64)는 앤빌(46)와 마주하는 울퉁불퉁한 부위(a knurled region: 66)를 포함한다. 하나의 실시예에 따라, 초음파 혼(42)은 예를 들어, M2 스틸과 같은 강철 도구로 구성되어 있다.
앤빌(46)은 앤빌(46)과 초음파 혼(42) 사이에 배치되는 구성요소 (예를 들어, 전지셀들의 전극단자)에 접촉하도록 구성되어 있다. 앤빌(46)은 초음파 혼(42)의 울퉁불퉁한 부위(66)에 인접하여 배치된 울퉁불퉁한 부위(84)를 포함한다. 하나의 실시예에 있어서, 앤빌(46)은 M2 스틸로 이루어져 있다. 물론, 당업자에게 공지되어 있는 다른 유형의 물질들은 앤빌(46)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 앤빌(46)은 앤빌(46) 위에서 지지하는 블라켓(47)에 작동 가능하게 결합된다. 하나의 실시예에 따르면, 블라켓(47) 또한 M2 스틸로 이루어질 수 있다. 물론, 당업자에게 공지되어 있는 다른 유형의 물질들은 블라켓(47)을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
위치 작동기(48)는 초음파 용접 작동 장치(22)로부터 각각의 제어 신호에 대한 응답으로, 초음파 혼(42)을 축 방향에서 앤빌(46) 쪽으로 및 앤빌(46)로부터 멀어지게 움직이도록 구성되어 있다.
초음파 용접 작동 장치(22)는 진동하는 초음파 구동기(40)를 유도하여 제어 신호를 생성하도록 구성된 내부 마이크로프로세서(85)를 포함한다. 또한, 초음파 용접 작동 장치(22)는 초음파 혼(42)이 축 방향에서 앤빌(46) 쪽으로 및 앤빌(46)로부터 멀어지게 움직이도록 위치 작동기(48)를 유도하여 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템(100)이 제공된다. 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있을 때, 앤빌(46)의 울퉁불퉁한 부위(84)의 외측부에 결쳐 확장된 면(130)은 초음파 혼(42) 상에 울퉁불퉁한 부위(66)의 외측부에 걸쳐 확장된 면(131)과 대체로 평행이다. 반면에, 면들(130, 131)이 실질적으로 상호 평행하지 않는 경우, 초음파 혼(42)은 앤빌(46)과 정렬되지 않는다. 시스템(100)은 가속계 센서들(110, 112), 마이크로프로세서(114), 메모리 장치(116), 디스플레이 장치(126), 및 전기 스피커(128)를 포함한다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 가속계 센서들(110, 112)은 앤빌(46)에 결합되는 블라켓(47) 상에 각각 제 1 및 제 2 위치에 배치되어 있다. 가속계 센서들(110, 112)은 초음파 혼(42)이 진동하여 앤빌(46)에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들(140, 142)을 생성되도록 구성된다. 특히, 초음파 혼(42) 이 진동하여 울퉁불퉁한 부위(66)가 앤빌(46)의 울퉁불퉁한 부위(84)에 접촉할 때, 진동하는 파동(도 3 참조)이 블라켓(47)에서 앤빌(46)을 통해 전달된다. 따라서, 블라켓(47)의 제 1 및 제 2 위치들은 진동하는 파동에 의해 가속된다. 하나의 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 위치는 블라켓(47)의 제 1 및 제 2 단부에 있다. 물론, 제 1 및 제 2 위치들은 다른 곳에 위치될 수 있다. 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있다면, 블라켓(47)의 각각 제 1 및 제 2 위치들의 제 1 및 제 2 가속도들은 하기에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 밀접하게 상호 위치한다. 그렇지 않으면, 초음파 혼(42)은 앤빌(46)에 정렬되지 않는다.
마이크로프로세서(114)는 가속계 센서들(110, 112), 메모리 장치(116), 디스플레이 장치(126), 및 전기 스피커(128)에 작동 가능하게 결합된다. 마이크로프로세서(114)는 가속계 센서들(110, 112)로부터 제 1 및 제 2 신호들(140, 142: 도 6 참조)을 수령하도록 구성된다. 마이크로프로세서(114)는 또한, 제 1 시점(first time)에서 제 1 신호(140)의 크기(amplitude)와 제 1 시점에서 제 2 신호(142)의 크기 사이의 차이를 결정하도록 더 구성되어 있다.
도 6의 D에서 보는 바와 같이, 제 1 신호(140)의 크기와 제 2 신호(142)의 크기 사이의 차이가 임계치(threshold value) 보다 작거나 동일한 경우, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값(identifier value)을 메모리 장치(memory device)에 저장하도록 구성되어 있다. 또한, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 메시지를 디스플레이 장치(126)가 나타내도록 유도하는 것으로 구성되어 있다. 더욱이, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 소리를 전기 스피커(128)가 발산하도록 유도하는 것으로 구성되어 있다.
반면에, 도 6의 D에서 보는 바와 같이, 제 1 신호(140)의 크기와 제 2 신호(142)의 크기 사이의 차이가 임계치(threshold value) 보다 큰 경우, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있음을 표시하는 제 2 확인값을 메모리 장치(116)에 저장하도록 구성되어 있다. 또한, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있음을 표시하는 제 2 메시지를 디스플레이 장치(126)가 나타내도록 유도하는 것으로 구성되어 있다. 더욱이, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 소리를 전기 스피커(128)가 발산하도록 유도하는 것으로 구성되어 있다.
도 2, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 초음파 용접 시스템(10)의 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
170 단계에서, 가속계 센서들(110, 120)은 초음파 혼(42)이 진동하여 앤빌(46)에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들(140, 142)을 생성한다. 가속계 센서들(110, 112)은 블라켓(47) 상에 제 1 및 제 2 위치들이 각각 배치된다.
다음 172 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 제 1 및 제 2 신호들(140, 142)을 수령한다.
다음 174 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 제 1 신호(140)의 크기와 제 2 신호(142)의 크기 사이의 차이가 임계치 보다 작거나 동일한지 결정한다. 174 단계값이 "예"와 동일한 경우, 방법은 176 단계로 진행한다. 그렇지 않으며, 방법은 182 단계로 진행한다.
176 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값을 메모리 장치(116)에 저장한다.
다음 178 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 메시지를 디스플레이 장치(126)가 나타내도록 유도한다.
다음 180 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 소리를 전기 스피커(128)가 발산하도록 유도한다.
다시 174 단계를 참조하면, 174 단계값이 "아니오"와 동일한 경우, 방법은 182 단계로 진행한다.
단계 182에서, 마이크로프로세서(114)는 는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)과 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 확인값을 메모리 장치(116)에 저장한다.
다음 184 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 메시지를 디스플레이 장치(126)가 나타내도록 유도한다.
다음 186 단계에서, 마이크로프로세서(114)는 초음파 혼(42)이 앤빌(46)에 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 소리를 전기 스피커(128)가 발산하도록 유도한다.
예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 기술하였지만, 당업자들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 구성요소들에 대해 다양한 변형이 행해질 수 있고 균등 치환이 행해질 수 있음을 당업자들은 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시에 특별한 상황 또는 물질을 적용하기 위해 많은 수정이 행해질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 개시되어 있는 특정 실시예들로 한정되지 않고, 첨부된 청구항들의 범주에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (12)

  1. 초음파 용접 시스템의 초음파 혼(horn)이 앤빌(anvil)과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 시스템으로서,
    앤빌에 연결된 블라켓(bracket) 상에서 제 1 및 제 2 위치들에 각각 배치되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들(accelerometer sensors)로서, 초음파 혼이 진동하여 앤빌에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들(accelerations)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들을 생성하도록 구성되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들; 및
    제 1 및 제 2 신호들을 수령하도록 구성되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들에 작동 가능하게 연결되어 있는 마이크로프로세서(microprocessor)로서, 제 1 시점(first time)에서 제 1 신호의 크기(amplitude)와 제 1 시점에서 제 2 신호의 크기 사이의 차이를 결정하도록 더 구성되어 있고, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기의 차이가 임계치(threshold value) 보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값(identifier value)을 메모리 장치(memory device)에 저장하도록 더 구성되어 있는 마이크로프로세서;
    를 포함하는 것으로 구성되어 있는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 클 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 확인값을 메모리 장치에 저장하도록 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 혼은, 초음파 혼의 울퉁불통한 부위(knurled region)의 최외측 부분들(outermost portions)에 걸쳐 연장되어 있는 면이 앤빌의 울퉁불퉁한 부위의 최외측 부분들에 걸쳐 연장되어 있는 면에 대해 실질적으로 평행할 때, 앤빌과 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 위치들은 각각 블라켓의 제 1 및 제 2 단부들(ends)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌에 정렬되어 있음을 표시하는 메시지를 디스플레이 장치(display device)가 나타내도록 유도하는 것으로 더 구성되어 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌에 정렬되어 있음을 표시하는 소리를 전기 스피커(electrical speaker)가 발산하도록 유도하는 것으로 더 구성되어 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 초음파 용접 시스템의 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있는지 여부를 결정하기 위한 방법으로서,
    앤빌에 연결된 블라켓 상에서 각각 제 1 및 제 2 위치들에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 가속도계 센서들을 사용하여, 초음파 혼이 진동하여 앤빌에 접촉할 때, 각각 제 1 및 제 2 위치들의 각각의 제 1 및 제 2 가속도들을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 신호들을 생성하는 과정;
    마이크로프로세서에서 제 1 및 제 2 신호들을 수령하는 과정;
    마이크로프로세서를 사용하여 제 1 시점에서 제 1 신호의 크기와 제 1 시점에서 제 2 신호의 크기 사이의 차이를 결정하는 과정; 및
    제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기가 임계치 보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있음을 표시하는 제 1 확인값을 메모리 장치에 저장하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 마이크로프로세서를 사용하여, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 클 경우에 초음파 혼이 앤빌과 정렬되어 있지 않음을 표시하는 제 2 확인값을 메모리 장치에 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 초음파 혼은, 초음파 혼의 울퉁불통한 부위의 최외측 부분들에 걸쳐 연장되어 있는 면이 앤빌의 울퉁불퉁한 부위의 최외측 부분들에 걸쳐 연장되어 있는 면에 대해 실질적으로 평행할 때, 앤빌과 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 위치들은 각각 블라켓의 제 1 및 제 2 단부들인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌에 정렬되어 있음을 표시하는 메시지를 디스플레이 장치에 나타내는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 제 1 신호의 크기와 제 2 신호의 크기 사이의 차이가 임계치보다 작거나 동일한 경우에 초음파 혼이 앤빌에 정렬되어 있음을 표시하는 소리를 전기 스피커로부터 발산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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