本发明专利技术公开了一种超声波加工装置和一种超声波加工方法。该超声波加工装置的特征在于控制/调节模块，其优选为数字控制/调节模块，整合到超声波发生器的信号处理部分中，使得该超声波发生器可以处理该超声波发生器收到的多种发生器数据。其中，控制/调节模块中的间隙调节器将功率实际值Pist与超声波发生器的功率参考值Psoll进行比较，确定超声焊极相对于滚子的位置参考值POSsoll，用于对超声波发生器的功率参考值Psoll进行调节；且/或控制/调节模块中的振幅调节器将功率实际值Pist与超声波发生器的功率参考值Psoll进行比较，确定超声波发生器的振幅参考值Asoll，用于对功率参考值Psoll进行调节。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波焊接装置和超声波焊接方法，其用于控制或调节对织物材料进 行超声波焊接的连续超声波焊接工艺。
技术介绍
用于对织物材料进行连续超声波焊接的装置已经广泛为人所知。在这些装置中， 超声波振荡单元通常包括转换器，该转换器一般是电声换能器，超声焊极通过又称为升压 器的振幅转换部件安装在其上。不过，也有一些实施方式中超声焊极是直接连接到转换器 上的。在这样的超声波振荡单元中，或者振荡单元被支撑于转换器壳体中，或者振幅转换部 件被扣环支撑，或者超声焊极被底座支撑。这些支撑结构通常被设置在超声波振荡的振荡 节点上，至少是靠近振荡节点设置的。振荡单元的超声焊极相对于一反向工具设置。在对织 物进行超声波焊接时，该反向工具为具有均匀或不均匀的外部轮廓或焊接轮廓的滚子。采 用可旋转的，例如滚子形状的超声焊极，也是已知的技术。在一些不同的实施方式中，这种 滚子式超声焊极包含转换器。而且，滚子式超声焊极还被设置成可以相对于反向工具，例如 砧板，进行转动。该可旋转的滚子式超声焊极和该反向工具可以相对于彼此进行移动，使得 二者之间的间隙可以调节，此外，该滚子式超声焊极也具有均匀或不均匀的外部轮廓或焊 接轮廊。 为了在电声换能器（例如压电陶瓷转换器）的并行频率或超声波谐振频率（其通 常为18kHz到60kHz之间的一个预定频率）下对其进行操作，需要使用特殊的电子电源，例 如超声波发生器。设有超声焊极的压电换能器的电源必须能够将该换能器的谐振频率提供 给该换能器。这种换能器与超声焊极的组合主要用于热塑性塑料的焊接，在这类焊接过程 中需要在短则几个毫秒，长则连续负载的时间内提供数百瓦到数千瓦的功率。这些已知的 超声波发生器只能对电声换能器进行控制或调节。 为了在超声焊极和反向工具之间调节出理想的焊接高度和/或间隙高度，可以采 用例如相对于机械挡止装置设置，且相对于反向装置固定装设的气动驱动装置来驱动超声 波振荡单元。这里的缺陷在于，超声波振荡单元无法对被焊接的材料的厚度变化作出反应。 在专利例如DE195 81 256B4中描述了这种固定支撑超声焊极的设计。 通过将电动驱动器（例如步进电机或伺服电机）对于超声波振荡单元进行限位的 装置也是已知的。 在专利DE195 26 354Cl中，用传感器检测超声焊极和反向工具之间的距离。传 感器产生的相应信号被传输到外部的控制和调节装置。根据该传感器信号，可以控制超声 焊极和反向工具之间的距离变化。在专利DE10 2006 054 760Al中，驱动器将超声焊极 朝反向工具的方向移动或者将反向工具向超声焊极的方向移动。传感器检测输入该驱动器 的状态数据或者该驱动器输出的状态数据。根据传感器检测到的这些状态数据，可以改变 超声焊极和反向工具之间的距离。在专利DE197 53 740Cl中，力传感器检测超声焊极在 反向工具所在的方向上的压力。根据检测到的压力，传感器产生信号并将其传输到外部的 控制或调节装置。接着，该控制或调节装置输出对应的控制信号，根据该控制信号调节超声 焊极和反向工具之间的距离。 如果此时织物材料被导入用于焊接或切割的空隙或间隙中，焊接力以及织物材料 产生的应力都将作用于超声焊极上。特别是在焊接力较大或发生变化时，织物移动速度较 快时，织物厚度发生变化时，以及滚子具有特殊的形状时，这时的应力会导致超声焊极相对 于织物发生后退，也就是说，超声焊极向远离反向工具的方向移动。如果滚子具有所谓的横 缝或者类似横缝的轮廓，也就是不均匀的外部轮廓，织物材料的应力会特别大。这些不均匀 的外部轮廓通常是相对于滚子的旋转方向横向延伸的轮廓，也就是说，焊接没有发生在平 面上，而是仅仅发生在这些轮廓（即较高处）上。在后续的处理步骤中，通常会切除织物材 料表面单独突出的部分。实际上，众所周知的是，这些轮廓使得焊接很难达到均一的质量。 由于织物材料的应力大于阻挡力，超声波振荡单元的驱动组件的支撑结构和空隙会导致超 声焊极产生屈服性或者退让性的移动，上述间隙会过度打开，使得后续形成的接缝不再具 有适当的结合力。因此，焊接效果将无法令人满意，特别是在所述接缝的部位。 专利DE44 00 210Al描述了一种在物理上正确控制数字发生器的频率和功率输 出的方法，尤其适用于超声波焊接工艺，以及减少在生产超声波换能器、振幅转换器及超声 焊极时的尺寸修正工作。本方法通过数字控制单元执行，不仅补偿了谐振频率在较宽广范 围内的扩散，而且也能补偿焊接过程中因为温度或压力变化引起的谐振点的水平位移。通 过软件可以对由电源电压或压力的波动引起的功率波动进行检测和补偿。该软件对在线机 械的整个工作流程进行注册，调整在线机械的参数，并监控整个周期的工作。对于单个工作 流程，例如处于空闲状态下的换能器系统的参数检测、压力下的参数检测、对声学和电子元 件的尽可能缓和的供电、对重要系统参数的变化趋势的鉴定、以及预定阈值的超出情况等 等，它们的顺序都由该软件加以处理。该软件对物理上正确的控制和调节参数予以监控，从 而可以确保在将电能转换为超声波能量时取得最佳的效率因素。 专利DE100 09 174Al描述了一种通过外部控制和调节装置来操作的超声波加 工装置。该外部控制和调节装置从描述了其输出信号特征的超声波发生器接收信号。为了 调节该发生器的输出功率，通过该控制和调节装置调节超声焊极的压力或振幅。由于超声 焊极的振幅变化，发生器的输出功率的变化是很容易检测到的，超声波振荡器的反应时间 则处于5到10毫秒的范围内。如果通过控制阀门来改变超声焊极的压力，则该反应时间的 范围可以达到50到700毫秒。 本专利技术的一个目的是改善已知的超声波加工装置的操作工艺，达到能够快速地、 灵活地对超声波加工装置的工作条件的变化作出反应的效果，从而保证超声波加工装置的 处理效果。
技术实现思路
独立权利要求1及3所述的超声波加工装置和独立权利要求13所述的超声波加 工方法解决了上述问题。以下结合文字叙述、图示和相关的权利要求给出本专利技术的优选实 施例及其相应的扩展方案。 本专利技术的超声波加工装置包括以下结构：超声波发生器、转换器、至少一个超声焊 极及与超声焊极相对设置的反向工具，超声焊极与反向工具之间由间隙隔开；其中超声焊 极或反向工具被设置为可旋转的并且包括均匀的外部表面；一控制/调节模块，优选为数 字控制/调节模块，整合在超声波发生器的信号处理部分中，使得该超声波发生器可以处 理该超声波发生器收到的多种发生器数据，特别是电压Uus、电流I、实际振幅Aist和/或实 际发生器功率Pist;其中，a)通过控制/调节模块的间隙控制器可以将功率实际值Pist与超 声波发生器的功率参考值匕^进行比较，从而确定和调节超声焊极相对于滚子的位置参考 值POSstjll,以便对超声波发生器的功率参考值Pstjll进行调节；和/或b)通过控制/调节模 块的振幅控制器可以将功率实际值Pist与超声波发生器的功率参考值P3()11进行比较，从而 确定超声波发生器的振幅参考值Astjll,以便调节功率参考值PS()11。 本专利技术的超声波加工装置用于通过超声波对材料进行焊接、切割和/或纺织。实 施这些手段时，连续的织物材料可以通过超声波加工装置的反本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波加工装置，其特征在于：所述超声波加工装置包括超声波发生器、转换器、至少一个超声焊极及与所述超声焊极相对设置的反向工具，所述超声焊极与所述反向工具之间由间隙隔开；其中所述超声焊极或者所述反向工具被设置为可旋转的并且包括均匀的外部表面；一控制/调节模块，优选为数字控制/调节模块，整合在所述超声波发生器的信号处理部分中，使得所述超声波发生器可以处理所述超声波发生器收到的多种发生器数据，特别是电压U、电流I、实际振幅Aist和/或实际发生器功率Pist；其中，a)通过所述控制/调节模块的间隙控制器可以将功率实际值Pist与所述超声波发生器的功率参考值Psoll进行比较，从而确定所述超声焊极相对于所述反向工具的位置参考值POSsoll，以便调节所述超声波发生器的功率参考值Psoll；和/或b)通过所述控制/调节模块的振幅调节器可以将功率实际值Pist与所述超声波发生器的功率参考值Psoll进行比较，从而确定所述超声波发生器的振幅参考值Asoll，以便调节所述超声波发生器的功率参考值Psoll。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·希格，
申请(专利权)人：艾默生科技有限公司布兰森超声分公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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