TWM621548U - 具有監測功能的超音波驅動裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有監測功能的超音波驅動裝置，設置在一輸入電源與一負載之間，並包含一將該輸入電源轉換為一電訊號的穩壓單元、一接收該電訊號並轉換為一振盪訊號的鎖相迴路單元、一將該振盪訊號的振幅放大而產生一驅動訊號的轉換單元、一將該驅動訊號與該負載的振動頻率相匹配的輸出單元，及一處理單元。該處理單元內建一相關於該電訊號的偵測位準點，並將該電訊號與該偵測位準點相比較，來產生一控制該穩壓單元輸出與否的控制訊號。藉由該處理單元能持續擷取該電訊號並進行確認是否有異常，以使各元件不論該負載是否作動，皆能處於偵測保護狀態。

Description

具有監測功能的超音波驅動裝置

本新型是有關於一種超音波驅動裝置，特別是指一種具有監測功能的超音波驅動裝置。

參閱圖1，現有的一種監控裝置92，適用於設置在一超音波加工機91上，該超音波加工機91具有一對一工件(圖中未繪示)進行加工的刀具911，及一驅動該刀具911震動的驅動件912。該監控裝置8包含一適用於電連接該驅動件912的訊號轉換器921、一適用於電連接該驅動件912與該訊號轉換器921且內建有一範圍值的處理器922，及一電連接該處理器922的警示器923。

當該超音波加工機91之刀具911在對該工件進行加工作業時，該訊號轉換器921能獲取該刀具911之負載電流而產生一數位訊號，並將該數位訊號傳送至該處理器922。該處理器922在接收該數位訊號後，會將該數位訊號與該範圍值進行比較，若該數位訊號超出該範圍值，該處理器922會輸出一警示訊號至該警示器923，該警示器923接收該警示訊號後會相對發出一警示指令警告 產線人員有異常發生而停止加工作業，以避免有該刀具911或該工件毀壞的情況發生。

然而，以監控負載電流變化的方式，固然能判斷是否有異常發生，唯此種監控方式，必須要在該驅動件912處於一啟動狀態時使該刀具911作動，才會產生負載電流。也就是說，當該驅動件912處於一未啟動狀態時，就會因為該刀具911未作動而未產生負載電流，導致該刀具911在該未啟動狀態下的好壞無法被確實判別，進而有監控失效的風險。此外，由於該刀具911是位於整個超音波加工機91的未端，當位於前端的該驅動件912出現異常狀態時，利用監控負載電流的方式就無法即時回饋，因而造成無效工時。

因此，本新型之目的，即在提供一種能即時監控的具有監測功能的超音波驅動裝置。

於是，本新型具有監測功能的超音波驅動裝置，適用於設置在一輸入電源與一負載之間。該具有監測功能的超音波驅動裝置包含一穩壓單元、一電連接該穩壓單元的鎖相迴路單元、一電連接該鎖相迴路單元與該穩壓單元的轉換單元、一適用於電連接該轉換單元與該負載的輸出單元，及一電連接該穩壓單元與該鎖相迴路單元的處理單元。

該穩壓單元適用於將該輸入電源轉換為一穩定在一預定範圍的電訊號並輸出。該鎖相迴路單元用以接收該電訊號並據以轉換得到一振盪訊號。該轉換單元用以將該振盪訊號的振幅放大而產生一驅動訊號。該輸出單元適用於將該驅動訊號與該負載的振動頻率相匹配。

該處理單元內建一相關於該電訊號的偵測位準點，並依據該電訊號與該偵測位準點比較後的結果，來產生一用以控制該振盪訊號的頻率與相位及該穩壓單元輸出與否的控制訊號。

本新型之功效在於：藉由該處理單元能持續地偵測該穩壓單元之電訊號，並與該偵測位準點進行比較的運作模式，無論該負載是否運作，都能產生相對應的該控制訊號來作為控制該振盪訊號的頻率與相位，及該穩壓單元是否輸出或調整該電訊號的依據，因此確實可以改善無法即時回饋的問題，進而提升監控的完善性。

1:穩壓單元

2:鎖相迴路單元

3:轉換單元

4:輸出單元

5:處理單元

6:反饋單元

7:人機介面

81:輸入電源

82:負載

S1:比較步驟

S2:警示步驟

Z:偵測位準點

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明現有的一種監控裝置；圖2是一方塊圖，說明本新型具有監測功能的超音波驅動裝置的一實施例； 圖3是一方塊圖，說明該實施例之一負載於一加工模式的監測流程；及圖4是一方塊圖，說明該實施例之該負載於一待機模式的監測流程。

參閱圖2，為本新型具有監測功能的超音波驅動裝置的一實施例，適用於設置在一輸入電源81與一負載82之間。該具有監測功能的超音波驅動裝置包含一穩壓單元1、一電連接該穩壓單元1的鎖相迴路單元2、一電連接該鎖相迴路單元2與該穩壓單元1的轉換單元3、一適用於電連接該轉換單元3與該負載82的輸出單元4、一電連接該穩壓單元1與該鎖相迴路單元2的處理單元5、一電連接該處理單元5、該輸出單元4與該鎖相迴路單元2的反饋單元6，及一電連接該處理單元5與該穩壓單元1的人機介面7。於該實施例中，該負載82是一種應用在超音波加工的超音波工具，而該輸入電源81是一市電或是一電源供應器，主要是提供整個實施例運作所需要的電壓，但並不以此為限制。

該穩壓單元1適用於將該輸入電源81轉換為一穩定在一預定範圍的電訊號並輸出。於該實施例中，該穩壓單元1是一種穩壓電路，主要是用於控制該電訊號的穩定性。而該電訊號是以一電 壓訊號為例，也可以是一電功率訊號，該電訊號的範圍值為DC0V至5V也可為DC0V至3.3V，只需依照實際所需之規格來選用即可。

該鎖相迴路單元2用以接收該電訊號並據以轉換得到一振盪訊號。於該實施例中，該鎖相迴路單元2為一種鎖相迴圈電路(Phase-locked loops)，主要因應於將該振盪訊號與該處理單元5之一控制訊號保持同步，當該控制訊號的頻率或相位發生改變時，藉由該鎖相迴路單元2內部的回授系統來調節，直到該振盪訊號重新同步於該控制訊號，藉此使該振盪訊號的頻率能鎖定在一範圍區間，該範圍區間較佳地介於15KHz~100KHz間，而能確保該振盪訊號的穩定度。

該轉換單元3是一種振幅放大器，主要是配合各種不同振動頻率的該負載82，而對該振盪訊號進行增益使一驅動訊號的頻率能符合該負載82的加工參數。該轉換單元3將該振盪訊號的振幅放大而產生該驅動訊號，而該輸出單元4為一振盪調諧電路，自該轉換單元3輸入該輸出單元4的該驅動訊號，會因而與該負載82的振動頻率相匹配。而該反饋單元6是一種反饋偵測電路，主要用以接收一自該輸出單元4反射後的回饋訊號，並將該回饋訊號傳送給該處理單元5、該轉換單元3與該鎖相迴路單元2。

值得說明的是，由於本實施例是應用在超音波加工領域，於加工過程中該負載82會因外界因數的影響而改變該負載82 固有的振動頻率。因此，藉由該反饋單元6將該回饋訊號傳送至該輸出單元4、該轉換單元3與該鎖相迴路單元2的頻率追蹤技術，能立即調整該驅動訊號的頻率，以使該驅動訊號與該負載82始終維持在諧振狀態，進而提升該負載82的加工效率。

該處理單元5內建一相關於該電訊號的偵測位準點Z，並依據該電訊號與該偵測位準點Z比較後的結果，來產生用以控制該振盪訊號的頻率與相位及該穩壓單元1輸出與否的該控制訊號。該人機介面7具有一顯示螢幕(圖未示)，該顯示螢幕用以供操作者設定各種參數數值、顯示該電訊號之即時動態輸出曲線與警示訊息來提醒操作者，而讓該人機介面7能達到即時通知操作者並進行參數修正之功效。

具體而言，該處理單元5是一種微處理器(MCU)，用以將該電訊號與該偵測位準點Z進行比較，並將比較後的結果經數位類比轉換後輸出至該人機介面7，而使操作者於該顯示螢幕上能直接得知運作是否有異常。該偵測位準點Z是以該電訊號的最大值為例，當然也可以為設定為最小值，只要能符合操作者實際需求即可，當不以此為限制。

參閱圖3、4並配合圖2，以下將該負載82的一加工模式與一待機模式，分別以完整的運作過程來說明。如圖3所示當該負載82處於該加工模式，操作者依照所選用的該負載82之規格，在 該人機介面7上先行設定該穩壓單元1之電訊號與該處理單元5之偵測位準點Z的數值，且該穩壓單元1會分別輸出該電訊號到該處理單元5與該鎖相迴路單元2。此時，該處理單元5會先進行一比較步驟S1，於該比較步驟S1中該偵測位準點Z會與該電訊號進行比較，若該電訊號符合該偵測位準點Z，該處理單元5會將相對應的該控制訊號輸出，而使該人機介面7之顯示螢幕(圖未示)顯示該電訊號的數值與運作正常的訊息。反之，若該電訊號超出該偵測位準點Z之規範時，該處理單元5會實施一警示步驟S2，於該警示步驟S2中是將所相對應的該控制訊號輸出到該人機介面7，使該人機介面7之顯示螢幕出現該電訊號的數值異常的警示訊息，以使操作者能及時停止加工作業。此外，該處理單元5也會傳送該控制訊號到該鎖相迴路單元2，使該鎖相迴路單元2依照該控制訊號的頻率或相位進行調節，以避免該鎖相迴路單元2所輸出的該振盪訊號超出該範圍區間，因而能避免該實施例的各元件與該負載82受到損壞。

接著，如圖4所示，當該負載82自該加工狀態轉換至一待機狀態時，該輸入電源81依舊會持續提供一待機電力給該穩壓單元1，該穩壓單元1會輸出與該待機電力相對應調整的該電訊號，使得該實施例的各元件能夠檢知待命的同時，該處理單元5會接收相對應調整的該電訊號並實施該比較步驟S1，接著依據該比較步驟S1之比較結果判斷是否執行該警示步驟S2後，並將相對應產生的 該控制訊號傳送給該人機介面7，而使操作者於該人機介面7之顯示螢幕，可直接觀看該穩壓單元1之電訊號的即時動態輸出曲線或是該警示訊息的通知，即可得知該穩壓單元1是否有供電異常。

此外，由於該負載82於該加工模式時，會利用該處理單元5接收該反饋單元6之回饋訊號，來對該輸出單元4輸出給該負載82的該驅動訊號進行監控，能於該實施例的輸入端與輸出端同時進行監測，以提升監測的完整性。當該負載82於該待機模式時，則是藉由監控該穩壓單元1的電訊號是否有異常，因而能避免如前述習知發生無法判斷該負載82與該實施例的各元件是否有毀壞的情況。

綜上所述，本新型具有監測功能的超音波驅動裝置，利用該處理單元5無論該負載82在該待機模式或是該加工模式下，皆能持續地擷取該電訊號並與該偵測位準點Z進行確認是否有異常，並配合該鎖相迴路單元2與該人機介面7能接收所相對應的該控制訊號，來避免各元件受到損壞與操作者能即時得知是否有供電異常的情況發生。因此，確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1:穩壓單元

2:鎖相迴路單元

3:轉換單元

4:輸出單元

5:處理單元

6:反饋單元

7:人機介面

81:輸入電源

82:負載

Z:偵測位準點

Claims (3)

1. 一種具有監測功能的超音波驅動裝置，適用於設置在一輸入電源與一負載之間，具有監測功能的超音波驅動器包含： 一穩壓單元，適用於將該輸入電源轉換為一穩定在一預定範圍的電訊號並輸出； 一鎖相迴路單元，電連接該穩壓單元且用以接收該電訊號，並據以轉換得到一振盪訊號； 一轉換單元，電連接該鎖相迴路單元與該穩壓單元，且用以將該振盪訊號的振幅放大而產生一驅動訊號； 一輸出單元，適用於電連接該轉換單元與該負載，並適用於將該驅動訊號與該負載的振動頻率相匹配；及 一處理單元，電連接該穩壓單元與該鎖相迴路單元且內建一相關於該電訊號的偵測位準點，並依據該電訊號與該偵測位準點比較後的結果，來產生一用以控制該振盪訊號的頻率與相位及該穩壓單元輸出與否的控制訊號。
2. 如請求項1所述的具有監測功能的超音波驅動裝置，還包含一電連接該處理單元、該轉換單元與該鎖相迴路單元的反饋單元，該反饋單元用以接收一自該輸出單元反射後的回饋訊號，並將該回饋訊號傳送給該處理單元、該轉換單元與該鎖相迴路單元。
3. 如請求項1所述的具有監測功能的超音波驅動裝置，還包含一電連接該處理單元與該穩壓單元且能接收該控制訊號，並用以設定各種參數數值、顯示該電訊號之即時動態輸出曲線與顯示警示訊息的人機介面。

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