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CN111386170A - 超声加工设备、超声加工设备的配置方法及具有这种超声加工设备的系统 - Google Patents

超声加工设备、超声加工设备的配置方法及具有这种超声加工设备的系统 Download PDF

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CN111386170A
CN111386170A CN201780097190.5A CN201780097190A CN111386170A CN 111386170 A CN111386170 A CN 111386170A CN 201780097190 A CN201780097190 A CN 201780097190A CN 111386170 A CN111386170 A CN 111386170A
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ultrasonic machining
machining apparatus
parameter
Prior art date
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M·阿亚巴干
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Telsonic Holding AG
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Abstract

本发明涉及一种用于加工工件的超声加工设备(1)。选自包括发生器(11)、换能器(12)、变幅杆(13)、焊头(14)、高压电缆(15)、机架(16)以及工件用支承装置(17)的组的至少一个、尤其所有的部件(10)被分配一个识别码。该识别码表征部件(10)的个别参数的至少一个、尤其是影响工艺参数、尤其是共振频率和在工作过程中所用的频带宽度和/或设备(1)振幅的参数，尤其是电气参数、声学参数或尺寸参数。设备(1)还具有输入接口(19)。识别码(18)或基于识别码(18)生成的数据借助所述输入接口(19)被读入。设备(1)还包括计算装置(20)。借助计算装置(20)，基于所读入的识别码(18)或基于由识别码(18)生成的数据，设备(1)的至少一个参数可被确定，从而所述设备(1)在理论工作状态中运行。理论工作状态例如为共振状态。

Description

超声加工设备、超声加工设备的配置方法及具有这种超声加 工设备的系统
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的超声加工设备、超声加工设备的配置方法以及系统。
背景技术
在超声加工设备中已知的是，部件如发生器、换能器、变幅杆、焊头、高压电缆、机架或工件用支承装置的个别参数会影响工艺参数，尤其是共振频率和工作过程中所用的频带宽度和/或设备振幅。在加工所有这些部件过程中，加工公差意味着不可避免地产生偏差。所述偏差影响了工艺参数、尤其是共振频率和在工作过程中所用的频带宽度和/或超声加工设备的振幅。因此，在更换每个所述部件时，超声加工设备均需被重新校准。通过调校或校准，考虑部件的实际尺寸。
DE102015221615A1例如公开一种用于自动校准超声焊接设备的系统。该系统包括用于测量实际工作参数的测量单元和计算机。为了校准，采用至少一个基于校准数据存储器的理论工作参数来运行超声焊接设备。在此过程中，测量单元检测实际运行参数。接着，将实际运行参数与理论运行参数相比较，并且或许通过调节理论数据来进行超声焊接设备的校准。
已知超声焊接设备的缺点在于校准须在校准期间动用复杂的测量，此过程变得漫长。
EP0786323A1公开一种基于待执行的焊接工作在超声焊接设备上互动调设焊接参数的方法。该方法为了调设参数而采用与以初始参数所焊成的焊缝的焊接质量说明。应该允许基于应用来自动调设焊接设备。
已知方法的缺点在于需要焊出初始焊缝且要由人来评估其质量。
US2003/0198667A1公开一种焊接机以及一种焊接机故障诊断方法。该机器包括传感器和数据存储器。数据存储器可包含与焊接机有关的信息比如像焊接机的序列号、型号、生产日期、以及与焊接机所用部件有关的信息比如像部件部分识别码或部件版本识别码。基于这些数据以及传感器(如电流和电压传感器)的数据，故障诊断单元对焊接机状态进行评估。故障诊断单元随后可启动纠正措施。已知机器的缺点在于仅能间接通过测量该系统构型来考虑部件的加工公差。测量使得系统配置变得漫长。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免现有技术缺点的超声加工设备，尤其提供一种配置方法和一种系统，在此确保该系统按照理论状态工作。
该目的通过根据独立权利要求的、超声加工设备、用于调校或校准超声加工设备的方法以及系统来实现。
根据本发明，在用于加工工件的超声加工设备中，选自包括发生器、换能器、变幅杆、焊头、高压电缆、机架以及工件用支承装置的清单的至少一个、尤其所有的部件配属有识别码。识别码表征相应部件的至少一个个别参数。优选地，该识别码表征影响工艺参数、尤其是共振频率和在工作过程中所用的频带宽度和/或振幅的参数，尤其是电学参数、声学参数或尺寸参数。该设备配属有输入接口。所述识别码或基于所述识别码生成的数据借助所述输入接口被读入。所述设备配属有计算装置。基于所读入的识别码或由所述识别码生成的数据，借助所述计算装置来确定或设定所述设备的至少一个参数，从而该设备在理论工作状态下运行。该特定工作状态尤其为共振状态。
被证明有利的是，该设备通过读取识别码而可被调设至理论工作状态，而在调设期间无需测量。在调校或校准过程中省掉了部件个别参数的测量。这尤其允许快速调设理论工作状态。不再需要用于在现场测量部件的测量装置。在调校或校准过程中可轻松通过读入相应识别码来考虑部件个别参数。
频带宽度表征上限频率和下限频率。限制频率基于超声加工设备的尺寸、声学和电学参数进行选择。因此，频带宽度对应于频谱。
振幅是指超声加工设备机械振动的振幅。
在一个实施例中，识别码以射频辨识(RFID)芯片、智能码、条形码或闪存盘形式实现。
RFID芯片与条形码相比允许存储相对大量的数据并允许采用详细的识别码，因此允许大量数据编入识别码。RFID芯片除大数据密度外还具有能被轻松自动读取的优点。采用RFID芯片由此允许直接电子处理识别码。RFID芯片还可借助适用的RFID读取器无需可见地远程读取。因此，例如主要的RFID读取器可被安装在超声焊接设备的发生器中，该读取器即使在相应部件安装好之后也能够用于读取超声加工设备的所有部件的芯片。
智能码是黑白元素的二维排列。由于这些元素的二维排列，智能码例如相比于条形码允许更高的数据密度。除了其它元素外，更高的数据密度还允许将识错元素整合入该码中，从而后者可被更加可靠地读取。智能码由此也通过更加可靠的自动读取性而与条形码区分开并且尤其良好地适用于与超声加工设备一起使用。
条形码的优点在于其能够被轻松地自动读取。条形码由此适用于识别码机器处理。
呈闪存盘形式的识别码所具有的优点在于识别码被数字存储在闪存盘上且由此能被轻松地进一步自动处理。另外，在USB识别码的情况下，设备输入接口可相当轻松地形成USB接口的形式。还被证明有利的是，闪存盘没有布置在部件本身上，由此在那里不占空间。另外，部件质量不会受到识别码的影响，由此防止了识别码影响工艺参数，尤其是共振频率和在运行过程中可用的频带宽度和/或设备振幅。
本申请上下文中的参数还可以为参数组。
在一个实施例中，输入接口以USB接口、键盘、触摸屏或者RFID读取器形式实现。
计算装置可布置在超声加工设备内或者可与超声加工设备空间分开地布置。由此，计算装置例如可以是在工作中借助合适的应用被分配给超声加工设备的智能电话、计算机、服务器。
在优选实施例中，部件个别参数是制造商在加工之后测量的参数。
被证明有利的是，在系统调校或系统校准过程中还可以考虑个别部件的加工公差而无需后续测量。这对超声加工设备具有重大意义，因为即使是部件的最小加工公差，也会影响超声加工设备的理论工作状态。
因此，在加工后可直接测量部件。在加工后直接执行测量允许将测量结果也用于加工方法的品质保证。
在一个实施例中，个别参数是准确测得的部件实际尺寸、实际重量、实际阻抗、实际频率、振幅变化或者材料类型或者加工数据(期限)。
在优选实施例中，个别参数表征与部件理论状态相比的部件偏差。
这允许尤其简单地处理个别参数，因为该参数由此直接表示待修正偏差。计算装置由此能很简单地处理个别参数。
在优选实施例中，识别码一对一地确定个别部件。
这允许由识别码推断出准确部件。由此，不仅可以基于个别参数校准焊接设备，还可以在启动系统之后收集有关工作运行的评估，这些数据能被对应配属于具体部件。
在优选实施例中，输入接口以读入装置的形式构成。该读入装置能够连接至或被连接至计算装置。
这允许识别码通过读入装置直接读入，并且由此，设备用户无须输入识别码。读入的识别码可通过与计算装置的连接被直接传送至计算装置。
读入装置例如呈红外扫描仪、相机、颜色传感器或RFID读取器形式。
在优选实施例中，读入装置以超声加工设备的部分形式构成。被证明有利的是超声加工设备包含读入装置，识别码由此能由设备本身轻松读取。
在优选实施例中，计算装置和读入装置在同一个结构单元中实现。
优选地，计算装置和/或读入装置在发生器中实现。
这意味着计算装置和/或读入装置直接临近待校准部件布置。这允许计算装置和读入装置之间以及待校准部件之间的短的连接路径。这允许设备的低成本设计并(例如通过RFID技术)降低在设备中传输识别码的干扰敏感性。
在优选实施例中，计算装置具有数据接口。数据接口被设计为允许远程维护。具体地，数据接口应当允许远程调节或者远程校准超声加工设备。具体地，其应当允许远程调设或者远程校准发生器。
这允许在远程计算装置上执行密集计算过程。远程计算装置为与超声加工设备空间分开的计算装置，例如位于建筑的另一个房间或者另一个建筑内的计算装置。超声加工设备内的计算装置由此可较小且因而更经济地实现。数据接口还允许对超声加工设备远程持续监测并且进行校正干预。
在一个实施例中，数据接口实现为USB接口、因特网接口、WLAN接口、蓝牙接口或者NFC(近场通信)接口。
在优选实施例中，识别码附接至该部件。
这允许识别码在部件被用于超声加工设备的前一刻被读取。由此，当替换部件，例如新部件可已被拆包且提供，并且在安装新部件的前一刻读取识别码。这允许超声焊接设备以更短的停机时间运行。
在优选实施例中，识别码被对应配属于带包装的部件。
这尤其在小部件的情况下允许识别码与部件对应关联，这不会导致部件本身以某种方式被标识码所损坏。识别码的这种对应关联还允许设定/更改超声加工设备，所有识别码仅在此后被读入。由此，可以及时分开部件替换阶段和系统的配置/调节/校准阶段。由此，超声设备的共振状态不会受到识别码/多个识别码的影响。
该目的还通过一种用于配置超声加工设备的方法实现。该配置尤其在更换选自包括发生器、换能器、变幅杆、焊头、高压电缆、机架以及工件用支承装置的组的至少一个部件之后执行。该方法包括以下步骤：读入识别码。识别码表征部件个别参数。识别码尤其表征影响工艺参数、尤其是共振频率和在工作过程中所用的频带宽度和/或设备振幅的参数。具体地，电气参数、声学参数或尺寸参数借助识别码来表征。识别码借助读入装置被读入。在另一个步骤中，基于读入的识别码或由识别码生成的数据来确定该设备的参数。该参数允许设备以理论工作状态运行。理论工作状态具体为共振状态。在下一步中，根据至少一个参数对设备进行调设。具体说，频带宽度和/或发生器的振幅被调节。
这允许超声加工设备仅基于一个读入的识别码或者多个读入的识别码来配置无需现场测量。这允许有效配置超声加工设备。无需另外执行测量超声加工设备和后续将测定操作状态与理论工作状态进行比较的必要步骤。只需要读入识别码，其中基于该识别码执行调设或校准。
在优选实施例中，配置方法可包括以下步骤：将识别码或基于该识别码生成的数据传送至空间分离的计算装置。接下来，将与识别码对应关联的参数从计算装置传送至设备。
这允许计算装置与超声加工设备物理空间分开地布置。由此在收到可用识别码后，中央计算装置可存储和/或计算参数并将它们传送至超声加工设备。超声加工设备由此无需强大的计算装置即能实现。
参数的集中管理进一步评估了不同的参数并且由此还推断产品质量。另外，参数调取时刻可被集中记录并也类似地进行分析。这允许对设备性能做出描述并且由此推断出可行的设备优化方案。
该目的还通过一种用于超声加工设备的部件的制造方法实现。该方法包括制造一部件。在下一步中，对所制造的部件进行测量，基于测量来产生表征部件的参数组。在下一步中，生成与参数组对应关联的一对一的识别码。在下一步中，识别码被对应配属于该部件。
被证明有利的是，部件由此在制造后被直接测量。无需在调设或校准过程中测量部件，就是说无需在超声加工设备的使用地点进行测量。因此，可由专业人员使用专门为此设计的(复杂)测量装置在理想条件下在为此专门配备的场地进行测量。与用户在超声加工设备的使用场地进行测量相比，这种测量更为精确且由此允许对超声加工设备进行更精确调节。这允许设备以相同的结果运行。测量结果由于被处理成参数组并由于这个参数组与识别码对应关联而被简单处理，识别码进一步与部件对应关联。由此省去在部件交付时为部件额外提供详细测量报告。同样在更换部件时也无需考虑测量报告。采用此方法制成的部件由此允许在超声加工设备中简单使用该部件。该方法可用于制造发生器、换能器、变幅杆、焊头、高压电缆、机架以及工件用支承装置。
该目的还通过一种系统完成。该系统包括至少一个如上下文所述的超声加工设备。该系统还包括数据库。该系统还包括位于超声加工设备和数据库之间的通信接口。通信接口用于在超声加工设备和数据库之间传送信息。
被证明有利的是，数据库允许对超声加工设备的数据进行集中存储、管理、评估和控制。具体说，这允许将超声加工设备本身制造得更加简单，就是说无需数据存储器。
在一个优选实施例中，数据库允许将被对应配属于超声加工设备的至少一个部件的识别码与表征该部件的一个参数组逻辑关联起来。
这允许依据可与部件对应关联的简单识别码将一个复杂参数组与一个部件的对应关联起来。
在另一个实施例中，该系统除了远程数据库外还包括远程计算装置。
这允许超声焊接设备被进一步简化，并且仍然能够基于读入识别码实现如上/如下所述的调设或校准。
附图说明
以下，基于图中的实施例对本发明进行更详细描述，其中：
图1示出超声加工设备的第一实施例的视图，
图2示出识别码的第一实施例的视图，
图3示出识别码的第二实施例的视图，
图4示出识别码的第三实施例的视图，
图5示出图1所示的超声加工设备的实施例的示意图，
图6示出根据本发明的超声加工设备的第二实施例的示意图，
图7示出根据本发明的超声加工设备的第三实施例的示意图，
图8示出根据本发明的超声加工设备的第四实施例的示意图，
图9示出根据本发明的超声加工设备的第五实施例的示意图，
图10示出根据本发明的超声加工设备的第六实施例的示意图，
图11示出根据本发明的超声加工设备的第七实施例的示意图。
具体实施方式
图1简化示出呈超声焊接设备形式的超声加工设备1的实施例的视图。超声焊接设备1由多个部件构成。它包括发生器11、换能器12、高压电缆15、变幅杆13、焊头14、机架16以及工件用支承装置17。发生器11通过高压电缆15连接至换能器12。发生器11生成AC电信号，AC电信号通过高压电缆15被传送至换能器12并且由此向换能器12供电。换能器12将AC电信号转换为机械振动。此机械振动从换能器12被传递至变幅杆13。变幅杆13被设计为能够对振动振幅进行调节。变幅杆13将机械振动传递至焊头14，焊头14接下来将此振动传递至工件。通过此方式，工件被超声焊接。换能器12、变幅杆13和焊头14被机架16保持在设备1上。
为了使超声焊接设备1在理论工作状态(即在共振频率)下运行，部件需要彼此精确匹配。由于部件会因加工公差而与理论尺寸有所偏差，故例如随之需要在部件更换之后校准超声焊接设备1。通过校准，考虑了部件的个别参数(实际参数)并依据所述个别参数调设该超声焊接设备1。由此，例如可调节发生器11的AC电信号的频带宽度和/或振幅。AC电信号频率通过发生器校准被调节，使超声焊接设备1以规定振幅共振运行。在本发明实施例中，焊头14具有识别码18。识别码18与焊头14的个别参数逻辑关联。超声焊接设备1的校准因此可通过读入识别码18被简化。为了校准，识别码18通过输入接口(见图5)被输入，由此可依据识别码18对焊头14的个别设计进行说明。此信息用于执行所述校准。由此，例如依据配属于焊头14的识别码18，焊头14的实际尺寸可被确定。所述尺寸在焊头14加工后已被测量并与识别码18逻辑关联。因此该尺寸可依据识别码18被确认并被用于计算频带宽度和/或振幅。随后，在校准时使发生器频率适配于所计算的频带宽度和/或振幅。
图2示意性示出本发明识别码的第一实施例。它是射频辨识(RFID)芯片。射频辨识芯片是现有技术中已知的。
图3示意性示出本发明识别码的第二实施例。它为智能码。
图4示意性示出本发明识别码的第三实施例，其为条形码。
在另一个未示出的实施例中，识别码18呈闪存盘形式，其例如被封入包装中。
图5示出图1的超声焊接设备1的实施例的示意图。设备1包括以下部件：发生器11、换能器12、变幅杆13、焊头14、高压电缆15、机架16以及工件用支承装置17。在本实施例中，焊头14作为唯一部件配属有识别码18。设备1还包括输入接口19和计算装置20。输入接口19允许输入识别码18，计算装置20用于处理识别码18并校准该设备1。输入接口19在此实施例中呈USB接口形式。在此实施例中呈闪存盘形式的识别码18由此被操作设备1的人插入输入接口19。读入的识别码18接下来由计算装置20处理。计算装置20基于识别码18确认焊头14的个别参数。在本实施例中，该参数对应于焊头14的准确实际尺寸。计算装置20用该实际尺寸来计算超声焊接设备1的频带宽度和/或振幅并相应地对发生器11的频带宽度和/或振幅进行调节。
图6示出超声焊接设备1的另一个实施例。在这个实施例中，所有部件、就是说发生器11、换能器12、变幅杆13、焊头14、高压电缆15、机架16以及工件用支承装置17分别具有含不同信息的一个识别码18。输入接口在本实施例中以读入装置21形式实现。读入装置21是RFID读取器。识别码18作为RFID芯片直接附接至部件。部件的识别码18由此可通过读入装置21被读入。读入装置21将识别码18转送至计算装置20。计算装置20基于识别码18确定该部件11、12、13、14、15、16、17的个别参数，从而计算装置20接着可计算适配于各部件的频带宽度和/或振幅。计算装置20将算出的频带宽度和/或振幅传送至发生器11，发生器相应调整其输出信号。
图7示出本发明的超声焊接设备1的另一个实施例。在这个实施例中，计算装置20和读入装置21被整合在装置1的发生器11中。每个部件11、12、13、14、15、16、17均配属有一对一的识别码18。
图8示出本发明的超声焊接设备1的另一个实施例。在这个实施例中，计算装置20布置在设备1之外，就是说关于设备是远程设置的。读入装置21在这个实施例中布置在超声焊接设备1内。
图9示出超声焊接设备1的另一个实施例，其中计算装置20和读入装置21在这个例子中布置在超声焊接设备1之外。
图10示出根据本发明的系统22的实施例。系统22除了超声焊接设备1之外还包括数据库23，该数据库通过通信接口24连接至设备1。设备1包括用于读入部件的识别码18的读入装置21。读入的识别码18被同样安装在设备1中的计算装置20处理。计算装置20采用通信接口24向数据库23请求对应于识别码的参数/参数组。例如，数据库23包括查找表，其中对应于部件的参数组基于一对一识别码被存在查找表中。该设备的计算装置20依据从数据库23所请求来的参数来计算适配于设备1部件的频带宽度和/或振幅，接着相应调节发生器。
图11示出根据本发明的系统22的另一个实施例。在本实施例中，计算装置20未布置在超声焊接设备1中，而是类似地远程布置。计算装置20由此在中央被用于多台超声加工设备1(仅示出一台超声加工设备)。

Claims (15)

1.一种用于加工工件的超声加工设备(1)，其中选自包括发生器(11)、换能器(12)、变幅杆(13)、焊头(14)、高压电缆(15)、机架(16)以及工件用支承装置(17)的组的至少一个、尤其所有的部件(10)被分配有识别码，该识别码表征该部件(10)的至少一个个别参数、尤其是影响工艺参数的、尤其是共振频率和在工作过程中所用的频带宽度和/或设备振幅的参数，尤其是电气参数、声学参数或尺寸参数，其中所述设备(1)配属有输入接口(19)，所述识别码(18)或基于所述识别码(18)生成的数据借助所述输入接口能被读入，并且其中所述设备(1)配属有计算装置(20)，基于读入的识别码(18)或由所述识别码(18)生成的数据借助所述计算装置能确定所述设备(1)的至少一个参数，使得所述设备(1)在理论工作状态下、尤其在共振状态下运行。
2.根据权利要求1所述的超声加工设备(1)，其中所述部件(10)的个别参数是在部件加工后所测得的参数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中所述部件的个别参数表征该部件(10)的相比于该部件(10)的理论状态的偏差。
4.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中所述识别码(18)含义明确地确定所述部件(10)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中该输入接口(19)以读入装置(21)形式实现，其中该读入装置(21)能连接至该计算装置(20)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中该读入装置(21)作为所述超声加工设备的部件来实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中该计算装置(20)和/或该读入装置(21)在一个部件(10)、尤其是该发生器(11)内实现。
8.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中所述计算装置(20)具有通信接口(24)，所述通信接口被设计为它允许所述超声加工设备(1)、尤其该发生器(11)的远程维护、尤其是远程校准。
9.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中所述识别码(18)附接至所述部件(10)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备(1)，其中所述识别码(18)与所述部件(10)的包装相关联。
11.一种尤其在更换选自包括发生器(11)、换能器(12)、变幅杆(13)、焊头(14)、高压电缆(15)、机架(16)以及工件用支承装置(17)的组的至少一个部件(10)之后配置超声加工设备(1)、尤其是根据前述权利要求中任一项所述的超声加工设备的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-借助读入装置(21)读入识别码(18)，该识别码表征所述部件(10)的个别参数、尤其是影响该工艺参数特别是共振频率和在运行过程中所用的频带宽度和/或所述设备(1)振幅的参数，尤其是电气参数、声学参数或尺寸参数，
-基于所述读入识别码(18)或基于由所述识别码(18)生成的数据确定所述设备(1)的参数，其中所述参数允许所述设备(1)以理论工作状态尤其是共振状态运行，
-根据所述至少一个参数调设所述设备(1)、尤其是该发生器(11)的频率范围和/或振幅。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-将所述识别码(10)或基于所述识别码(10)生成的数据传送至尤其空间分离的计算装置(20)，和
-将基于来自所述计算装置(20)的识别码(10)所确定的参数传送至所述设备(1)。
13.一种加工超声加工设备的部件(10)的方法，
-产生所述部件(10)，
-测量所述部件(10)并生成表征所述部件(10)的参数、尤其是参数组，
-生成与所述参数组相关联的一对一的识别码(19)，
-将所述识别码(18)与所述部件(10)相关联。
14.一种系统(23)，至少具有：
-如权利要求1-10中任一项所述的超声加工设备(1)，
-数据库(24)，
-通信接口(25)，其位于所述超声设备(1)和所述数据库(24)之间以在所述超声加工设备(1)和所述数据库(24)之间传送信息。
15.根据权利要求14所述的系统(23)，其中所述数据库(24)允许将与所述超声加工设备(1)的至少其中一个所述部件(10)相关联的识别码(18)与表征所述部件(10)的数据组逻辑关联。
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