(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波発振器の発振振幅の一定性を向上させる。【解決手段】超音波発振装置１、発信器３および励振電流Ｉを形成する発振回路をなす部品で構成する。超音波発信装置１の共振周波数の外側の周波数を有する励振電圧Ｕを印加して、励振電圧周波数の変更により励振電流Ｉの大きさを設定値に調整する、一定の発振振幅での超音波発振装置の駆動方法において、駆動する励振電圧のレベルを検出し、この励振電圧のレベルに依存して励振電流の大きさに対する設定値を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発振装置（１）、発振器（３）およびこれらとともに励振電流（Ｉ）を形成する発振回路をなす部品を含み、
超音波発振装置（１）の共振周波数の外側の周波数を有する励振電圧（Ｕ）を該超音波発振装置へ印加し、励振電圧（Ｕ）の周波数を変更することにより励振電流（Ｉ）の大きさを設定値へ調整する、
一定の発振振幅での超音波発振装置の駆動方法において、
励振電圧（Ｕ）のレベルを検出し、
該励振電圧（Ｕ）のレベルに依存して励振電流（Ｉ）の大きさに対する設定値を設定する
ことを特徴とする超音波発振装置の駆動方法。
【請求項２】
周波数を変更することにより励振電流（Ｉ）の大きさを設定値で一定に保持する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の超音波発振装置の駆動方法にしたがって動作し、
入力側（２ａ）、および超音波発振装置（１）に対する励振電圧（Ｕ）および励振電流（Ｉ）を供給する出力側（２ｂ）を備えた増幅器（２）と、周波数調整のための制御入力側（３ａ）、および増幅器（２）の入力側（２ａ）に接続された出力側（３ｂ）を備えた発振器（３）と、励振電流（Ｉ）を検出するための電流センサ（４）とを有している、
超音波発振装置を駆動するための回路装置において、
さらに励振電圧（Ｕ）を検出する電圧センサ（５）が設けられている
ことを特徴とする超音波発振装置を駆動するための回路装置。
【請求項４】
目標値送信器（８）に接続された第１の入力側（６ａ）、電圧センサ（５）に接続された第２の入力側（６ｂ）、および発振器（３）の制御入力側（３ａ）に接続された出力側（６ｃ）を備えた第１の比較素子（６）が設けられている、請求項３記載の回路装置。
【請求項５】
電圧センサ（５）の出力信号から第１の補正値（Ｆｋ）を形成する第１の信号発生器（５’）が設けられている、請求項４記載の回路装置。
【請求項６】
第１の補正値（Ｆｋ）から第２の補正値（Ｕｋ）を形成する第２の信号発生器（５”）が設けられている、請求項５記載の回路装置。
【請求項７】
第１の比較素子（６）の出力側（６ｃ）に接続された第１の入力側（７ａ）、電流センサ（４）に接続された第２の入力側（７ｂ）、および発振器（３）の制御入力側（３ａ）に接続された出力側（７ｃ）を備えた第２の比較素子（７）が設けられている、請求項４から６までのいずれか１項記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波発振装置、発振器およびこれらとともに励振電流を形成する発振回路をなす部品を含み、超音波発振装置の共振周波数の外側の周波数を有する励振電圧をこの超音波発振装置へ印加し、励振電圧の周波数を変更することにより励振電流の大きさを設定値へ調整する、一定の発振振幅での超音波発振装置の駆動方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、前述の超音波発振装置の駆動方法にしたがって動作し、入力側、および超音波発振装置に対する励振電圧および励振電流を供給する出力側を備えた増幅器と、周波数調整のための制御入力側、および増幅器の入力側に接続された出力側を備えた発振器と、励振電流を検出するための電流センサとを有している、超音波発振装置を駆動するための回路装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
こうした方法および装置は従来技術から知られており、例えば本出願人によって製造および販売されている超音波溶接機において使用されている。
【０００４】
超音波溶接機では各部材へのエネルギ供給が一定となることが重要である。ここで各部材へのエネルギ供給は溶接ヘッドの発振振幅に依存することから、超音波発振器の発振振幅を一定にする必要がある。これは各部材へ供給されるエネルギが超音波発振器の発振振幅によって定まることを意味する。超音波発振器の発振振幅は超音波発振器およびこれとともに発振回路を形成する部品を含む超音波発振装置の励振電流によって定まるので、超音波発振装置の励振電流を一定に保持することにより、超音波発振器の発振振幅も一定に保持される。
【０００５】
励振電流の制御を容易にするために、超音波発振装置はふつう、直列共振周波数ではなく、直列共振周波数と並列共振周波数とのあいだの周波数で駆動される。超音波発振装置の駆動周波数を変更することにより超音波発振器のインピーダンスが変更され、超音波発振装置を通る電流を変更することができる。
【０００６】
超音波発振装置の駆動中に例えば外部影響の結果としてこの超音波発振装置を通る電流が変化する場合には、超音波発振装置の励振電流が再び以前の値に達するまで、超音波発振装置に印加される励振電圧の周波数が変更される。
【０００７】
ただし励振電流を一定の値へ高精度に制御したとしても、超音波発振器の発振振幅に偏差が生じるおそれがあることがわかっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、超音波発振装置の駆動方法および相応の回路装置において、超音波発振器の発振振幅の一定性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、励振電圧のレベルを検出し、この励振電圧のレベルに依存して励振電流の大きさに対する設定値を設定することにより解決される。
【００１０】
この課題はまた、励振電圧を検出する電圧センサが設けられている回路装置により解決される。
【００１１】
有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば励振電圧のレベルが検出されるため、励振電流の調整のための設定値が励振電圧のレベルに依存して求められる。こうして、励振電流を励振電圧の変化量に依存して補正することができる。
【００１３】
このようにして、例えば給電電圧の変動によって励振電流が変化したときに励振電流が励振電圧のレベルに依存して調整され、超音波発振器の発振振幅が以前の励振電圧および励振電流のもとでの発振振幅と同じ値になるようにされる。前述したように、超音波発振器の発振振幅は励振電流を一定に保持しても駆動周波数が変化するにつれて変化してしまうが、この発振振幅と励振電流の周波数との依存関係を考慮に入れることができる。
【００１４】
励振電流の目標値と励振電圧の値とが依存しているため、励振電流を一定の値に制御すれば、前述の偏差も補正することができる。有利には、周波数を変更することにより励振電流の大きさが設定値で一定に保持される。これは、本発明の方法にしたがって周波数を変更することにより、励振電流が制御可能となることを意味する。
【００１５】
本発明の方法を実行する１つの手段として、励振電圧の目標値に対する偏差が検出され、励振電圧の変更前に存在していた駆動周波数に対して、超音波発振装置のための励振電流の形成に必要な変化量が、実験により得られたテーブルすなわち動作特性グラフから求められる。他の動作特性グラフから、超音波発振装置のための発振振幅の形成に必要な励振電流の値を導出することもできる。これは発振振幅の値が励振電圧の変更前または元の駆動周波数の変更前と同じ値になるように駆動周波数を変更して行われる。このようにして得られた励振電流の新たな値は、励振電流を制御する際の目標値として用いられる。
【００１６】
もちろん、励振電流に対する新たな目標値を計算アルゴリズムによって求めてもよい。ただしこの場合には計算アルゴリズムをつねに装置内に存在する特定の超音波発振器に対して適合化する必要があるということを考慮しなければならない。
【実施例】
【００１７】
以下に本発明の実施例を添付図に則して説明する。
【００１８】
図１には、超音波溶接機の一部である超音波発振装置１、発振器３およびこれらとともに発振回路をなす部品が示されている。超音波発振装置１は増幅器２の出力側２ｂに接続されている。電力を受け取るために、増幅器２は給電入力側２ｃを有しており、これを介して給電回路網に接続されている。増幅器２の入力側２ａは発振器３の出力側３ｂに接続されている。発振器３の周波数は制御入力側３ａを介して調整可能である。調整可能な周波数範囲は約１５ｋＨｚ〜７０ｋＨｚである。
【００１９】
発振器３の制御入力側３ａは第２の比較素子７の出力側７ｃに接続されている。第２の比較素子７は第１の入力側７ａおよび第２の入力側７ｂを有する。第２の比較素子７の第２の入力側７ｂは電流センサ４の出力側に接続されており、この電流センサが増幅器２の出力電流、ひいては超音波発振装置１の励振電流Ｉを検出する。第２の比較素子７の第１の入力側７ａは第１の比較素子６の出力側６ｃに接続されている。第１の比較素子６は第１の入力側６ａおよび第２の入力側６ｂを有する。
【００２０】
第１の比較素子６の第２の入力側６ｂは記憶装置の形態の第２の信号発生器５”の出力側５ｂ”に接続されている。第２の信号発生器５”の入力側５ａ”は記憶装置の形態の第１の信号発生器５’の出力側５ｂ’に接続されている。第１の信号発生器５’の入力側５ａ’は電圧センサ５の出力側に接続されており、この電流センサが増幅器２の出力電圧、ひいては超音波発振装置１の励振電圧Ｕを検出する。
【００２１】
第１の比較素子６の第１の入力側６ａは目標値送信器８に接続されている。目標値送信器８は発振器３の周波数に対する目標値Ａｓｏｌｌを設定する信号を送出する。
【００２２】
超音波発振装置１の励振電圧Ｕが例えば給電回路網における変化により低下する場合、超音波発振装置１の励振電流Ｉは低減される。これにより第２の比較素子７の出力電圧が低減され、結果として、発振器３の周波数も低減される。周波数が低減されると、超音波発振装置１のインピーダンスも低下するので、超音波発振装置１の励振電流Ｉは再び増大する。このとき超音波発振装置の励振電流は、制御偏差を除いて、以前の値に達するまで増大する。
【００２３】
また同時に、電圧センサ５が低下した励振電圧を検出し、この値を第１の信号発生器５’の入力側５ａ’へ供給する。この値に依存して、第１の信号発生器５’は、励振電流に以前の値を回復させるための発振器３の周波数の低減量に相応する信号Ｆｋを出力側５ｂ’へ送出する。出力信号Ｆｋは前述の周波数変化量にほぼ相応する。この信号は、他の障害変数により発生して付加的な周波数変化を引き起こす要素の影響を受けない。
【００２４】
第１の信号発生器５’の出力信号Ｆｋは第２の信号発生器５”の入力側５ａ”に供給される。第２の信号発生器５”には、超音波発振装置１の発振振幅と周波数との付加的な依存関係を補償するための補正値が記憶されている。すなわち、超音波発振装置１の発振振幅が以前の周波数（つまり変更前の励振電圧の有していた周波数）と新たな駆動周波数とで等しくなるように、第２の信号発生器５”は励振電流Ｉの変更値に相応する大きさの信号Ｕｋを出力側５ｂ”に形成する。この値により目標値送信器８の出力信号が第１の比較素子６において変更され、電流制御に対して新たな目標値Ａｋｏｒｒが得られる。結果として、変更された励振電圧により、超音波発振器１に対して励振電圧Ｕの変更前と同じ発振振幅を形成する励振電流が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の回路装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  超音波発振装置、  ２  増幅器、  ２ａ  入力側、  ２ｂ  出力側、  ２ｃ  給電入力側、  ３  発振器、  ３ａ  制御入力側、  ３ｂ  出力側、  ４  電流センサ、  ５  電圧センサ、  ５’  第１の信号発生器、  ５ａ’  入力側、  ５ｂ’  出力側、  ５”  第２の信号発生器、  ５ａ”  入力側、  ５ｂ”  出力側、  ６  第１の比較素子、  ６ａ  第１の入力側、  ６ｂ  第２の入力側、  ６ｃ  出力側、  ７  第２の比較素子、  ７ａ  第１の入力側、  ７ｂ  第２の入力側、  ７ｃ  出力側、  ８  目標値送信器
【図１】
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