(57)【要約】  物体との超音波スタックの接触は、超音波スタックの周波数が、空中において共振近くで動作するその超音波スタックの周波数から変化したとの決定に基づいて検出される。
2021520102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波スタックと物体との間の接触を検出する方法であって、物体は、アンビル、超音波で作用を受ける液体、および超音波で作用を受けるワークピースのいずれかであり、方法は、
共振近くで超音波で振動している超音波スタックと、物体とを、アクチュエータを使用して、互いに向かって移動させることと、
超音波スタックの周波数の変化を検出することに基づいて、超音波スタックが物体と接触したと決定することとを含む、方法。
【請求項２】
周波数の変化を検出することに応答して、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度を変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周波数の変化を検出することに応答して、超音波スタックに供給される超音波パワーを変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
周波数の変化を検出することに応答して、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる力を変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
最初の超音波サイクルを実行することをさらに含み、周波数の変化が検出された、物体に対する超音波スタックの位置が、コントローラのメモリに記憶される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
後続の超音波サイクルを実行し、最初に実行された超音波サイクルで、周波数の変化が検出された位置に、物体に対する超音波スタックの位置があるときに、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度を変更することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
後続の超音波サイクルを実行し、最初に実行された超音波サイクルで、周波数の変化が検出された位置に、物体に対する超音波スタックの位置があるときに、超音波スタックに供給される超音波パワーを変更することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
後続の超音波サイクルを実行し、最初に実行された超音波サイクルで、周波数の変化が検出された位置に、物体に対する超音波スタックの位置があるときに、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる力を変更することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
超音波システムであって、
超音波エネルギーを伝達する超音波スタックと、
超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させるためのアクチュエータと、
超音波スタックの周波数の変化を検出するための周波数検出器と、
アクチュエータ、超音波スタック、および周波数検出器と電気的に通信する電源と、
周波数検出器と電気的に通信し、アクチュエータを制御するように構成されたコントローラとを備え、
周波数の変化は、超音波スタックが物体に接触していることを示す、
超音波システム。
【請求項１０】
物体が、アンビル、超音波で作用を受ける液体、または超音波で作用を受けるワークピースのいずれかである、請求項９に記載の超音波システム。
【請求項１１】
コントローラが、周波数検出器が周波数の変化を検出することに応答して、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度を変更するように構成される、請求項１０に記載の超音波システム。
【請求項１２】
コントローラが、電源を制御するように構成され、コントローラが、周波数検出器が周波数の変化を検出することに応答して、電源が超音波スタックに提供するパワーを変更するように構成される、請求項１０に記載の超音波システム。
【請求項１３】
コントローラが、周波数検出器が周波数の変化を検出することに応答して、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる力を変更するように構成される、請求項１０に記載の超音波システム。
【請求項１４】
周波数検出器が、超音波スタックの超音波運動を感知する検出器である、請求項１０に記載の超音波システム。
【請求項１５】
周波数検出器が、電源によって超音波スタックに提供されている電圧または電流の周波数を、電気的に感知する検出器である、請求項１０に記載の超音波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１９年２月６日に出願された米国特許出願第１６／２６９，００１号の優先権を主張し、また、２０１８年３月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／６５０，３４６号の利益を主張する。上記の出願の開示は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、超音波デバイス、より詳細には、周波数に基づく接触検出に関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションは、必ずしも先行技術ではない本開示に関連する背景情報を提供する。
【０００４】
特定の超音波デバイスは、電源によって励起される超音波スタックを有し、これは、超音波デバイスを制御するためにもしばしば使用される。超音波スタックは、超音波変換器と、超音波変換器に超音波で結合された構成要素、典型的には、ブースタおよび超音波ホーンを含む。超音波スタックは、超音波周波数で振動し、部品または液体に対して実際の加工を行う。超音波スタックが振動している超音波周波数は、本明細書では超音波スタックの周波数と呼ばれる。超音波システムの用途の例は、プラスチック溶接、金属溶接、切断、延伸加工、マーキング、ステーキング、セル破壊、洗浄、および液体攪拌を含むが、これらに限定されない。部品が加工されるいくつかの超音波システムは、アクチュエータをさらに含む。そのような実施形態では、アクチュエータは、加工される前記部品に対して超音波スタックを移動させる。部品が加工されるいくつかの超音波システムは、加工される部品を保持するためのアンビルまたはネストをさらに含む。
【０００５】
図１は、知られているタイプの超音波デバイス１００の例の超音波スタック１０２および電源１０４のモデルを示す。超音波デバイス１００は、電源によって励起される超音波スタックを有する任意のタイプの超音波デバイスとできることを理解されたい。超音波スタック１０２の典型的な構成要素は、超音波変換器１０６、ブースタ１０８、および超音波ホーン１１０を含む。すべての超音波スタック１０２が、ブースタ１０８を含むわけではないことを理解されたい。すべての超音波スタック１０２が、超音波ホーン１１０を含むわけではないことをさらに理解されたい。超音波ホーン１１０は、多くの場合、１つまたは複数の超音波ホーン先端を有する（図示せず）。ブースタ１０８および超音波ホーン１１０は、超音波変換器１０６に超音波で（直接または別の構成要素を介して）接続される。図１の例では、ブースタ１０８は、超音波変換器１０６に取り付けられ、超音波変換器１０６はブースタ１０８を超音波変換器１０６に超音波で接続し、超音波ホーン１１０は、ブースタ１０８に取り付けられ、ブースタ１０８は超音波ホーン１１０をブースタ１０８に超音波で接続し、したがって、ブースタ１０８を介して超音波ホーン１１０を超音波変換器１０６に超音波で接続する。超音波変換器は、当技術分野では超音波トランスデューサとしても知られており、これらの用語は置き換え可能に使用されることを理解されたい。電源１０４は、メモリ１１６を含むコントローラ１１４によって制御される。コントローラ１１４は、電源１０４に含まれるか、または電源１０４とは別個のものであり得ることを理解されたい。超音波デバイス１００は、アンビル１２２を含むことが多く、処理されるワークピースは、処理されるときに、アンビル１２２の上で支持され、超音波ホーン先端１１２によって接触される。たとえば、２つの金属またはプラスチック部品１２４がともに溶接されている場合、アクチュエータ１２０が、２つの部品１２４に対して超音波スタック１０２を移動させる際に、２つの部品１２４は、アンビル１２２上で支持され、溶接プロセス中に超音波ホーン先端によってともに押され、ここで、ホーン先端が、これら部品の１つに対して超音波で振動して、２つの部品１２４をともに超音波で溶接する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波スタックが、超音波で作用を受ける部品と接触するとき、液体と接触するとき、またはアンビルと接触するときを検出することがしばしば望ましい。従来技術の方法は、プランジャ、ロードセル、またはＳビームなどのアクチュエータ内の力検出器で、そのような接触を検出する。しかしながら、そのような力検出器は、接触がなされたことを登録する前に、比較的高い接触力が蓄積することを必要とする。小さな部品および／または繊細な部品を用いた溶接用途など、従来技術の力検出器が、接触を検出するのに必要な接触力よりも低い接触力しか必要としない用途の場合、従来技術の力検出器は利点はない。そのような力検出器のさらに別の欠点は、液体と接触したときに力が実質的に蓄積されないことである；そのような力検出器は、したがって、液体との接触を検出するのに本質的に役に立たない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このセクションは、開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲またはそのすべての特徴の包括的な開示ではない。
【０００８】
本開示の一態様によれば、超音波スタックと物体との間の接触を検出する方法が開示される。この方法は、共振近くで超音波で振動している超音波スタックと、物体とを、互いに向かって移動させ、超音波スタックの周波数が変化したことを検出することに基づいて、超音波スタックが物体に接触したと決定することを含む。いくつかの態様によれば、超音波スタックが物体と接触したと決定することは、アンビル、超音波で作用を受ける液体、または超音波で作用を受けるワークピースとの接触と相関する。一態様によれば、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度は、周波数の変化を検出することに応答して変更される。一態様によれば、超音波スタックに供給される超音波パワーは、周波数の変化を検出することに応答して変更される。一態様によれば、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させている力は、周波数の変化を検出することに応答して変更される。
【０００９】
別の態様によれば、超音波印加の最初の超音波サイクルが実行され、共振近くで超音波で振動している超音波スタックと、物体とが、互いに向かって移動される。超音波スタックの周波数が変化したと検出されると、この周波数の変化が検出された、物体に対する超音波スタックの位置が、コントローラのメモリに記憶され、超音波印加の後続の超音波サイクルのために使用される。一態様によれば、後続の超音波サイクルを実行するとき、物体に対する超音波スタックの位置が、最初に実行された超音波サイクルで周波数の変化が検出された位置にあるとき、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度が変更される。一態様によれば、後続の超音波サイクルを実行するとき、物体に対する超音波スタックの位置が、最初に実行された超音波サイクルで周波数の変化が検出された位置にあるとき、超音波スタックに供給される超音波パワーが変更される。一態様によれば、後続の超音波サイクルを実行するとき、物体に対する超音波スタックの位置が、最初に実行された超音波サイクルで周波数の変化が検出された位置にあるとき、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる力が変更される。
【００１０】
本開示の別の態様によれば、超音波スタックと物体との間の接触が検出される超音波システムが開示される。超音波システムは、超音波エネルギーを物体に伝達する超音波スタックと；超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させるためのアクチュエータと；超音波スタックが物体に接触していることを示す超音波スタックの周波数の変化を検出するための、周波数検出器と；アクチュエータ、超音波スタック、および周波数検出器と電気的に通信する電源と；周波数検出器と電気的に通信するコントローラとから成る。コントローラは、アクチュエータを制御するように構成される。一態様によれば、物体は、アンビル、液体、または超音波で作用を受けるワークピースのうちの１つである。一態様によれば、コントローラは、周波数検出器が周波数の変化を検出することに応答して、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる速度を変更するように構成される。一態様によれば、コントローラは、電源を制御するように構成され、コントローラは、周波数検出器が周波数の変化を検出することに応答して、電源が超音波スタックに提供するパワーを変更するように構成される。一態様によれば、コントローラは、アクチュエータが超音波スタックおよび物体を互いに向かって移動させる力を変更するように構成される。
【００１１】
一態様によれば、周波数検出器は、超音波スタックの超音波運動を感知する検出器である。一態様によれば、周波数検出器は、電源から超音波スタックに供給される電圧または電流の周波数を電気的に感知する検出器である。
【００１２】
一態様によれば、アクチュエータは、超音波スタックを物体に向かって移動させる。一態様によれば、アクチュエータは、物体を超音波スタックに向かって移動させる。一態様によれば、アクチュエータは、超音波スタックと物体との両方を互いに向かって移動させる。
【００１３】
適用性のさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。この概要における説明および特定の例は、例示のみの目的のために意図されており、本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【００１４】
本明細書で説明される図面は、選択された実施形態の例示目的のためであり、すべての可能な実現ではなく、本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】知られているタイプの超音波デバイスの簡略図である。
【図２】共振付近での超音波スタックの発振を示す簡略図である。
【図３】加工される部品の最初の接触時の超音波スタックの実効ばね定数を示す簡略図である。
【図４】液体の最初の接触時の超音波スタックの実効ばね定数を示す簡略図である。
【図５】超音波デバイスの超音波スタックが物体と接触したときを検出する、上で説明された方法の制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】超音波デバイスの超音波スタックが、将来の使用のために、物体と接触するときを検出する上で説明された方法の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】接触される物体に対する超音波スタックの位置が、後続の超音波サイクルで使用される、本開示の態様による制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
対応する参照符号は、これら図面のいくつかの図全体にわたって、対応する部品を示す。
【００１７】
次に、例示的な実施形態が、添付の図面を参照してより完全に説明される。
【００１８】
この開示全体を通して、数値は、所与の値、および言及されたおよその値を有する実施形態のみならず、言及された正確な値を有する実施形態からのわずかな偏差を包含する範囲に対するおおよその尺度または制限を表す。詳細な説明の最後に提供された実施例を除いて、添付の特許請求の範囲を含む本明細書のパラメータのすべての（たとえば、量または条件の）数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」が実際に数値の前に表れるか否かに関わらず、すべての場合において、「約」という用語によって修正されると理解されるべきである。「約」は、述べられた数値が、（値の正確さへのいくらかの接近；ほぼ、または合理的に値に近い；ほとんど、を伴い）若干の不正確さを許容することを示す。「約」によって提供される不正確さが、この通常の意味で、当技術で他の方法で理解されない場合、本明細書で使用される「約」は、少なくともそのようなパラメータを測定および使用する通常の方法から生じ得る変動を示す。何らかの理由で、「約」によって提供される不正確さが、この通常の意味で、当技術分野で他の方法で理解されない場合、本明細書で使用される「約」は、示された値の最大５％、または通常の測定方法から５％の分散の可能な変動を示し得る。
【００１９】
以下の議論は、図１の超音波デバイス１００を参照することになるが、以下は、電源によって励起される超音波スタックを有する任意の超音波デバイスに適用されることを理解されたい。これに関して、以下に説明されるような本開示の態様により接触を検出する方法は、従来技術の超音波デバイスで使用される方法とは異なり、図１が先行技術であると示すことは、以下に説明される方法が、先行技術にあることを意味するものではないことを理解されたい。さらに、上記のように、超音波スタック１０２は、ブースタ１０８または超音波ホーン１１０のいずれかまたは両方を、備えている場合、あるいは備えていない場合がある。
【００２０】
本開示の一態様によれば、周波数の変化は、超音波スタックが物理的な物体（たとえば、加工される部品、アンビル、または液体）に接触したか否かを検出するために感知される。本明細書で使用される場合、超音波スタックの周波数は、超音波スタックが発振している周波数であることを理解されたい。ほとんどの周波数における動作では、超音波スタックは、単純な発振器の特性を示さない。しかしながら、図２を参照すると、ほぼ共振では、超音波スタックは、単純な発振器のように振る舞う。共振近くの超音波スタックの周波数は、次のように決定できる：
【数１】
2021520102.tif 000003
ここで：
ｆ＝周波数、
ｋ１＝発振器の実効ばね定数、
ｍ１＝発振器の実効質量
である。
【００２１】
発振している超音波スタックなどの発振器が固体と接触するとき、固体は完全には剛性ではない。実際、固体は、ばね定数を示す。接触すると、固体の実効ばね定数が、発振器（たとえば、発振している超音波スタック）の実効ばね定数に追加される。図３を参照すると、固体の質量の一部が、超音波で発振し始めるが、最初の接触では、質量のごくわずかしか移動しない。この接触が周波数を変化させ、これは次のように計算され得る：
【数２】
2021520102.tif 000004
ここで：
ｆＣｏｎｔａｃｔＳｏｌｉｄ＝固体と接触したときの発振器の周波数、
ｋ１＝発振器の実効ばね定数、
ｋ２＝固体の実効ばね定数、
ｍ１＝発振器の実効質量、
ｍ２＝固体の実効発振質量
である。
【００２２】
非常に従順な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）固体（特定の食品など）の状況を除いて、固体の実効発振質量は低い；したがってｋ／ｍの比率が増加し、したがって、その結果、ほとんどの固体と接触したときに、超音波スタックの周波数が増加する。非常に従順な固体の状況では、追加されるばね定数は低く、ｋ／ｍの比率は減少するため、したがって、その結果、そのような非常に従順な固体と接触すると、超音波スタックの周波数は減少する。いずれにせよ、周波数の変化は、測定可能で検出可能である。この周波数の変化は、非常に従順であるか否かに関わらず、固体との接触をさらに示す。
【００２３】
同様に、周波数の変化は、超音波スタックが液体と接触するときに検出され得る。固体との超音波接触を伴う超音波印加とは異なり、（発振している超音波スタックのような）発振器に接触する液体は、実質的にばね定数を示さない。しかしながら、図４を参照すると、液体の質量の少なくとも一部は、発振している超音波スタックに接触すると超音波で発振する。周波数は、次のように決定できる：
【数３】
2021520102.tif 000005
ここで：
ｆＣｏｎｔａｃｔＬｉｑｕｉｄ＝液体と接触したときの発振器の周波数、
ｋ１＝固体の実効ばね定数、
ｍ１＝発振器の実効質量、
ｍ３＝液体の実効発振質量
である。
【００２４】
液体を用いた超音波印加では、ばね定数が実質的に追加されないことに留意されたい。それにも関わらず、周波数を計算する目的のための液体の実効発振質量は、発振器の実効質量に追加されるため、ｋ／ｍの比率は減少する。したがって、超音波スタックの周波数は、液体に接触すると減少する。
【００２５】
前述したすべての場合において、超音波スタックが、剛体、従順な固体、または液体に接触するか否かに関わらず、超音波スタックのｋ／ｍの比率は、剛体、従順な固体、または液体のいずれかと接触したとき、追加されたｋ／ｍの比率に一致しないであろうから、超音波スタックの周波数は、少なくとも変化する。そして、周波数は、少なくとも部分的にｋ／ｍの比率によって決定されるため、周波数の変化は、この状況では、接触を決定する。
【００２６】
超音波スタックの周波数は、電源によって超音波スタックに供給される電圧または電流から、たとえば、コントローラによって、電気的に感知され得るか、または、スタック自体の超音波運動を感知する検出器によって検出され得る。接触の周波数依存性はパワーに依存しないため、低パワーの超音波印加でも周波数は検出され得る。
【００２７】
本開示による周波数の変化を使用して接触を検出することは、いくつかの利点を提供する。第１に、ワークピース、アンビル、または液体の位置を確認でき、これは、将来の使用のために役立てることができる。より具体的には、非限定的な例によって、位置が知られているとき、接触する物体または超音波スタックを傷付けることを防ぐために、接触前にアクチュエータが減速され得、超音波スタックを傷付けることを防ぐために、アクチュエータが、アンビル接触で停止され得る、および／または、アクチュエータの力が、物体と接触する前に変化させられ得る。
【００２８】
第２に、接触の検出は、リアルタイムの使用に役立てることができる。より具体的には、非限定的な例によって、アクチュエータは、ワークピースまたは液体の接触がなされると、運動を変化させることができ、超音波は、ワークピースまたは液体の接触時に、その振幅を増加させることができ、アクチュエータは、アンビル接触で停止され得、超音波は、アンビル接触で停止され得、および／または、アクチュエータの力は、ワークピース、液体、またはアンビル接触上でで変化させられ得る。
【００２９】
本明細書に開示される接触の検出は、従来技術に勝るいくつかの利点を提供する。ワークピースやアンビルの接触を検出する力センサとは異なり、超音波周波数の変化によって接触を検出するために必要な接触力はごくわずかである。したがって、小さな部品および／または繊細な部品を使用する超音波用途では、部品に損傷を与えることなく接触が検出され得る。さらに、液体の場合、力を検出する必要はない。
【００３０】
本開示の一態様によれば、物体と接触していない超音波スタックの周波数が測定され、メモリ１１６に記憶される。
【００３１】
超音波スタック１０２および物体１２６が、互いに向かって移動される（図１）ときの周波数の変化は、超音波スタック１０２が物体１２６に接触したことを示す。物体１２６は、（アンビル１２２、図１のファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）に示されているように、アンビル１２２上に受けられた図１のファントムに示されている液体１２８などの超音波で作用を受ける液体、または部品１２２などの超音波で作用を受けるワークピースのような）アンビルのいずれかとすることができる。こうして、測定された周波数と、以前に測定された周波数との比較は、物体との接触を検出するために使用される。周波数は、超音波スタック１０２について発見的にまたは理論的に決定することができる。
【００３２】
本開示の一態様によれば、超音波スタック１０２の最初の周波数は、コントローラ１１２の制御下にある電源１０４によって決定され、超音波スタック１０２が空中において共振近くで発振している周波数である。決定された最初の周波数は、例示的にメモリ１１６に記憶される。一態様では、コントローラ１１４は、超音波スタック１０２の周波数の変化が感知または測定されたときに、物体１２６との接触がなされたとのアラートを提供する。限定ではなく例によって、アラートは、コントローラ１１４によって照明される視覚的インジケータ、図１のファントムに示されるユーザインターフェース１１８などのユーザインターフェースの画面上のメッセージ、超音波デバイス１００を監視する遠隔システムに送信されるメッセージ、または前述の任意の組合せとすることができる。
【００３３】
接触がなされたと決定するために、超音波スタックの最初の周波数も、超音波スタックのどの後続の周波数も、実際に計算する必要がないことを理解されたい。むしろ、そのような場合に企図されるものは、超音波スタック１０２および物体１２６が、互いに向かって移動されると、超音波スタック１０２の最初の周波数が、超音波スタック１０２の後続の決定される周波数と比較されることである。超音波スタック１０２の後続の決定される周波数が、超音波スタック１０２の最初の周波数から逸脱すると、超音波スタック１０２が物体１２６と接触したと決定される。
【００３４】
他方、超音波スタック１０２の最初の周波数は、いくつかの実施形態では、たとえば、コントローラ１１４によって計算され、超音波スタック１０２の計算された最初の周波数がメモリ１１６に記憶され得ることも企図される。後続の測定または計算は、超音波スタック１０２の後続の周波数を決定するためにコントローラ１１４によって使用され、その後、超音波スタック１０２の、記憶された最初の周波数と比較されることが企図される。上述したように、周波数の変化は、超音波スタック１０２が物体１２６と接触したことと相関している。
【００３５】
図５は、超音波デバイスの超音波スタックが、物体と接触するときを検出する上で説明された方法について、例示的にコントローラ１１４において実施される制御ルーチンのフローチャートである。制御ルーチンは５００において開始する。５０２において、超音波スタック１０２の最初の周波数が決定される。そうするために、超音波スタック１０２は、空中において共振近くで動作され、空中において共振近くで発振している超音波スタック１０２の周波数が決定され、超音波スタック１０２の最初の周波数として記録される。５０４において、超音波スタック１０２および物体１２６は、互いに向かって移動される。これに関して、超音波スタック１０２および物体１２６が、互いに向かって移動されると言われる場合、これは、超音波スタック１０２が物体１２６に向かって移動される、物体１２６が超音波スタック１０２に向かって移動される、または超音波スタック１０２と物体１２６との両方が互いに向かって移動されることを含むことができると理解されたい。５０６において、制御ルーチンは、超音波スタック１０２の周波数が変化したか否かをチェックする。変化していない場合、制御ルーチンは５０４に分岐し戻る。５０６において、超音波スタック１０２の周波数が変化したことを制御ルーチンが発見した場合、制御ルーチンは５０８に進み、超音波スタック１０２が物体１２６に接触したと決定される。これに関して、超音波スタック１０２が発振している周波数が変化したとき、これは、超音波スタック１０２が物体１２６と接触していることを示す。
【００３６】
図６は、将来の使用のために、アンビル、ワークピース、または液体などの物体１２６の位置を決定する上で説明された方法について、コントローラ１１４において例示的に実施される制御ルーチンのフローチャートである。制御ルーチンは６００において開始する。６０２において、超音波スタック１０２の最初の周波数は、上記のように決定される。６０４において、超音波スタック１０２および物体１２６は、互いに向かって移動される。６０６において、制御ルーチンは、超音波スタック１０２の周波数が変化したか否かをチェックする。変化していない場合、制御ルーチンは、６０４に分岐し戻る。６０６において、超音波スタック１０２の周波数が変化したことを制御ルーチンが発見した場合、制御ルーチンは６０８に進み、超音波スタック１０２および物体１２６の、互いに対する位置が保存される。それで、この位置は、後続の超音波サイクルで使用され得る。非限定的な例として、超音波スタック１０２と、ワークピース（部品）、アンビル、および液体などの物体１２６との間の接触が迫っていることが知られている場合、アクチュエータが、超音波スタック１０２および物体１２６を互いに向かって移動させる速度が、加速、減速、または停止などのように変更され得；超音波スタック１０２による物体接触が、ワークピースまたは液体などの超音波で作用を受ける物体に対して迫っているときに、超音波が開始されるように、または、物体が、超音波スタック１０２がアンビル１２２に接触する前に超音波を停止するためのアンビル１２２であるとき、超音波スタック１０２による物体接触が迫っているときに超音波が停止されるように、物体１２６との接触が迫っているときに、超音波スタック１０２に供給される超音波パワーが変更され得、アクチュエータの力が、超音波スタック１０２が物体１２６に接触する前に変化させられ得る。
【００３７】
図７は、コントローラ１１４において例示的に実施される制御ルーチンのフローチャートであり、物体１２６に対する超音波スタック１０２の位置が、後続の超音波サイクルで使用される。制御ルーチンは、７００において開始する。７０２において、超音波スタック１０２および物体１２６は、互いに向かって移動される。７０４において、制御ルーチンは、超音波スタックおよび物体１２６が、最初の超音波サイクル中に、超音波スタックの周波数が変化した保存された位置にあるか否かをチェックする。その位置にない場合、制御ルーチンは７０２に分岐し戻る。その位置にある場合、制御ルーチンは、図７の破線で示されるブロック７０６、７０８、７１０のうちの１つに進み、ここで、アクチュエータが、超音波スタック１０２および物体１２６を互いに向かって移動させる速度を変更し、アクチュエータが、超音波スタック１０２および物体１２６を、互いに向かって移動させる力を変更するか、または、超音波スタック１０２に提供される超音波パワーを変更する。
【００３８】
アクチュエータが、超音波スタック１０２および物体１２６を互いに向かって移動させるとき、これは、アクチュエータが、超音波スタック１０２を、物体１２６に向かって移動させること、アクチュエータが、物体１２６を、超音波スタック１０２に向かって移動させること、または、アクチュエータが、超音波スタック１０２および物体１２６の両方を互いに向かって移動させることを含み得ることを理解されたい。
【００３９】
実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提供されている。網羅的であったり、開示を限定したりすることは意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合、置き換え可能であり、具体的に示されていない、または説明されていない場合でも、選択された実施形態で使用され得る。同じことが、多くの手法で変形され得る。そのような変形は、開示からの逸脱と見なされるべきではなく、そのようなすべての修正は、開示の範囲内に含まれることが意図されている。
【００４０】
本明細書で使用される場合、コントローラ、制御モジュール、制御システムなどの用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）；電子回路；組合せ論理回路；フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）；コードを実行するプロセッサ（共有、専用、またはグループ）；プログラマブルロジックコントローラ、コンピュータベースの制御システムを含むプロセッサベースの制御システムなどのプログラマブル制御システム、ＰＩＤコントローラなどのプロセスコントローラ、あるいは、説明された機能を提供する、または本明細書に説明されているようにソフトウェアでプログラムされたときに上記の機能を提供する他の適切なハードウェア構成要素；または、システムオンチップにおけるように、上記のうちのいくつかまたはすべての組合せ、を指すか、これらの一部であるか、あるいは、これらを含み得る。モジュールという用語は、プロセッサによって実行されるコードを記憶するメモリ（共有、専用、またはグループ）を含み得る。そのようなデバイスが、機能を行うと述べられるとき、デバイスは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せなどの適切なロジックによって機能を行うように構成されることを理解されたい。
【００４１】
「内側」、「外側」、「真下」、「下」、「下部」、「上」、「上部」などのような空間的に相対的な用語は、図面に示すように、ある要素または特徴と別の要素または特徴との関係を説明する説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図面に示されている配向に加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる配向を包含することが意図され得る。たとえば、図面においてデバイスが反転されている場合、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に配向される。したがって、「下」という用語の例は、上と下との両配向を包含できる。デバイスは、他の方法で配向され（９０度回転または他の配向）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子が、それに応じて解釈され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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