用于检测超声波发生器(sonotrode)与对应元件的接触发生或断开的方法技术

本发明专利技术涉及一种检测以频率f和振动振幅A0振动的超声波发生器(4)与对应元件(5)的接触发生或断开的方法。为了提供一种能够特别快速且廉价地检测超声波发生器与对应元件的接触发生或断开的方法，根据本发明专利技术提出的方法具有以下步骤：a)在第一测量时间区间ΔT期间记录振动振幅A0(1)的时间配置，以及b)根据振动振幅A0(1)的时间配置确定是否在测量时间区间ΔT内发生了接触发生或断开。T内发生了接触发生或断开。T内发生了接触发生或断开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测超声波发生器(sonotrode)与对应元件的接触发生或断开的方法
[0001]本专利技术涉及一种检测以频率f和振动振幅A0振动的超声波发生器与对应元件的接触发生或断开的方法。具体而言，本专利技术涉及一种检测超声波发生器与对应工具的接触发生的方法，其中待加工的材料可被布置在超声波发生器与对应工具之间。本专利技术进一步涉及一种控制超声振动装置的方法。
[0002]超声振动装置通常具有至少一个超声波发生器，在其预期使用过程中，可使其执行机械振动。在使用超声焊接装置进行超声焊接或使用超声切割装置进行超声切割的情况下，对应工具被布置在与超声波发生器相对，并且待加工材料被布置在超声波发生器和对应工具之间。然后，根据各自的应用区域，为材料提供焊缝或由超声波发生器切割。
[0003]在超声切割中，已经成功完成切割或在超声焊接中，材料带的端部在超声波发生器和对应工具之间达成接触。
[0004]一方面，在超声波发生器的操作条件振动过程期间发生的超声波发生器和对应工具之间的此类接触或碰撞是一种不必要的影响，因为超声波发生器以及对应工具都包含硬材料，因此对应工具和超声波发生器的碰撞或当它们相互摩擦时，产生这两个组件的严重磨损。
[0005]另一方面，超声波发生器和对应工具之间的接触发生指示某些工艺事件。在使用超声切割装置的切割操作中，超声波发生器和对应工具之间的接触发生指示要被切割的材料已被切断。当使用超声焊接装置进行焊接时，超声波发生器和对应工具之间的接触发生可相应地指示材料的非预期切断。在这两种应用中，超声波方式确认和对应工具相互接触的事实也都指示已经到达沿着超声波发生器和对应工具之间引导的材料带的端部。
[0006]特别是在使用超声切割装置切割时，能够确定超声波发生器与相应的对应工具接触的时间对于工艺安全和待加工产品的质量是重要的，因为这使得执行后续的适当措施成为可能。在这方面，应在接触实际发生的时间与接触被确定和定位的时间之间进行区分。根据本专利技术，这中间的时间被称为记录时间。因此，对接触的反应只能在记录时间到期后发生，因此反应时间大于或等于记录时间。
[0007]迄今为止，超声切割操作通常只是简单地进行，直到达到给定的预定义操作时间或给定的预定义能耗，对此，根据之前的经验，对于相应的应用而言，这指示了切割操作在该操作时间到期后或达到该能耗水平后结束。然而，这些方法不是特别精确，并且需要很长的准备时间，在这段时间内，必须首先为给定的应用收集足够的经验或测量。
[0008]替换地，所谓的金属接触电子效应被使用，其中通过从外部额外施加直流电压，与继电器开关的情况类似，超声波发生器和对应电极的接触发生被确定。然而，这种方法需要额外的传感器装置和电子装置，并且因此涉及更大程度的复杂性和更高的成本。此类方法的记录时间为2ms或更多。这对于许多应用来说太长了。
[0009]除了确定超声波发生器与对应工具的接触发生之外，还希望能够确定超声波发生器与对应工具何时彼此不接触以及超声波发生器何时与另一对应元件不接触。然而，使用附加传感器装置检测此类事件通常花费的时间太长或太复杂。
[0010]考虑到这一背景，本专利技术的目的是提供一种方法，通过该方法可以检测超声波发生器与对应元件的接触发生或接触断开，其中该方法消除或至少减轻了所述问题。具体而言，本专利技术的目的是提供一种方法，该方法确定超声波发生器与对应工具接触的小于1ms记录时间的时刻，并且成本低廉。
[0011]本专利技术的目的通过根据权利要求1所述的方法实现。权利要求1的主题内容是一种检测超声波发生器与对应元件接触发生或断开的方法，该超声波发生器被致使以频率f和振动振幅A0振动，包括以下步骤：
[0012]a)在第一测量时间区间ΔT期间记录振动振幅A0的时间配置，以及
[0013]b)根据振动振幅A0的时间配置确定接触发生或断开是否发生在测量时间区间ΔT内。
[0014]与专门用于检测接触发生的先前已知方法相比，根据本专利技术的方法还使得可能检测接触的断开。这可能具有重要意义，例如在多层系统的超声波工作中，当要记录切断向内布置的较硬层(因此与该较硬层的接触中断)时。
[0015]优选地，振动是周期性振动，并且特别是谐波振动。在频率f的谐波振动假设下，振动的偏移A(t)以通常方式与时间t的函数相关：
[0016]A(t)＝A0(t)cos(2πft)，
[0017]振动振幅为A0。在理想状态下，超声波发生器以恒定振动振幅A0振动。但是，如果超声波发生器与对应工具之间或超声波发生器与待加工材料之间的耦合变化，则振动振幅也会变化，因此振动振幅也是时间相关参数A0(t)。本专利技术利用了这一点。
[0018]使用根据本专利技术的方法，接触发生或断开的时间的确定明显快于使用从现有技术已知的方法的情况。结果，根据本专利技术的方法允许100μs及以下的更短的记录时间。这样做的结果是，对于对应元件和超声波发生器，特别是对应工具和超声波发生器的接触发生或断开，可能更快地作出反应。因此，根据本专利技术的方法提供了以非常短的反应时间对超声波发生器和对应元件的接触发生和断开进行反应的可能性。
[0019]术语反应时间被用于表示发生接触发生或断开的实际时刻与其反应时刻之间的时间，类似于例如控制命令的实现。
[0020]在根据本专利技术的方法的步骤b)中的优选实施例中，如果记录的振动振幅A0与预定参考振幅R的差值大于预定公差值α，或者如果记录的振动振幅A0位于预定公差范围[T
min,
T
max
]之外，则确定超声波发生器与对应元件的接触发生或断开。
[0021]本实施例因此提供了由参考振幅R和公差值α定义的公差范围或公差范围[T
min,
T
max
]。该公差范围包括可能振动振幅的连续子范围。已经发现，可以为超声振动装置的任何振动超声波发生器定义这样的公差范围，以便在超声波发生器和对应元件接触发生或断开时，并且特别是在超声波发生器和对应工具之间接触发生时，振动振幅位于可定义的公差范围之外，以及另行在常规振动的情况下，超声波发生器和对应元件没有接触发生或断开时，振动振幅在该公差范围内。
[0022]优选地，只有在振动振幅离开公差范围时才确定接触发生或断开。
[0023]这样做的优点是不必单独处理超声振动装置的瞬态条件。在超声波发生器的瞬态条件期间，振动振幅可以假定值超出预定义的公差范围，尽管超声波发生器和对应元件没有发生相应的接触发生或断开。然而，根据此处讨论的优选实施例确定接触发生或断开的
前提是振动振幅离开公差范围。然而，一般来说，只有在瞬态条件结束时，振动振幅首先假定值在公差范围内。因此，“离开”的要求确保在瞬态条件期间不会发生接触发生或断开的虚假确定。
[0024]为了形成将接触发生或断开的假阳性确定的风险最小化的冗余系统，测量时间区间ΔT也是优选的，从而使得在测量时间区间ΔT开始之前结束超声波发生器的瞬态状态。
[0025]使用公差范围来确定超声波发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种检测以频率f和振动振幅A0振动的超声波发生器(4)与对应元件(5)的接触发生或断开的方法，包括步骤：a)在第一测量时间区间ΔT期间记录所述振动振幅A0的时间配置(1)，以及b)根据所述振动振幅A0的所述时间配置(1)确定接触发生或断开是否发生在所述测量时间区间ΔT内。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，如果记录的振动振幅A0与预定参考振幅R的差值大于预定公差值α，或者如果记录的振动振幅A0位于预定公差区间[T
min,
T
max
]之外，则确定所述超声波发生器(4)与所述对应元件(5)的接触发生或断开。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a)之前，在第二测量时间区间内Δt期间，记录所述振动振幅A0的时间配置，并根据在所述第二测量时间区间Δt期间的记录计算所述参考振幅和/或所述公差区间。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于i)根据在所述第二测量时间区间Δt期间的记录计算均值振动振幅，并且计算出的均值振动振幅在步骤b)中用作预定参考振幅，和/或ii)最小振动振幅A
min
和最大振动振幅A
max
是根据所述第二测量时间区间Δt期间的记录确定的，而所述公差区间是根据所述最小振动振幅A
min
和所述最大振动振幅A
max
计算的，T
min
≤A
min
且T
max
≥A
max
。5.一种根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述超声波发生器(4)由转换器激励，其中所述转换器连接到电流发生器，并且测量由所述电流发生器提供并流过所述转换器的电流I
E
(t)，在这种情况下，测量由所述电流发生器施加到所述转换器的电压U
E
(t)，并且其中根据测得的电压U
E
(t)和测得的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：海尔曼超声波技术两合有限公司，
类型：发明
国别省市：