(57)【要約】      （修正有）【課題】共振周波数が経年変化する。【解決手段】単一パワー供給源から１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステムが提供される。本システムは、第１の超音波溶接プローブに接続するための第１のジャックと第２の超音波溶接プローブに接続するための第２のジャックとを有する第１のマルチプローブサブアッセンブリを備える。本システムは、第３の超音波溶接プローブに接続するための第３のジャックと第４の超音波溶接プローブに接続するための第４のジャックと、を有する第２のマルチプローブサブアッセンブリを更に備える。少なくとも１つのコネクターは、前記第１のマルチプローブサブアッセンブリを前記第２のマルチプローブサブアッセンブリに接続する。【選択図】図１
2007061819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一パワー供給源から１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステムであって、
第１の超音波溶接プローブに接続するための第１のジャックと第２の超音波溶接プローブに接続するための第２のジャックとを有する第１のマルチプローブサブアッセンブリと、
第３の超音波溶接プローブに接続するための第３のジャックと第４の超音波溶接プローブに接続するための第４のジャックと、を有する第２のマルチプローブサブアッセンブリと、
前記第１のマルチプローブサブアッセンブリを前記第２のマルチプローブサブアッセンブリに接続するための少なくとも１つのコネクターと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコネクターは、制御信号及び超音波信号の少なくとも１つを提供するためのコネクターを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコネクターは、２つのコネクターを備え、該２つのコネクターは、超音波信号を提供するための第１のコネクターと、制御信号を提供するための第２のコネクターと、を備え、前記超音波信号及び前記制御信号は、前記第１及び第２のマルチプローブサブアッセンブリの両方を通過される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のマルチプローブサブアッセンブリ及び前記第２のマルチプローブサブアッセンブリは、超音波ジェネレータのシャシ内に備えられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコネクターを介して前記第１及び第２のマルチプローブサブアッセンブリに連結されたマスター制御部を更に備え、該マスター制御部は、前記第１の超音波溶接プローブ、前記第２の超音波溶接プローブ、前記第３の超音波溶接プローブ及び前記第４の超音波溶接プローブのパワーステータスを検出すると共に、更に、第１の超音波溶接プローブステータス信号、第２の超音波溶接プローブステータス信号、第３の超音波溶接プローブステータス信号及び第４の超音波溶接プローブステータス信号を発生するための少なくとも１つのプログラム可能な論理構成要素を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記マスター制御部は、制御信号入力部に連結されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のマルチプローブサブアッセンブリは、前記第１の超音波溶接プローブステータス信号及び前記第２の超音波溶接プローブステータス信号に応答して前記第１のポート及び前記第２のポートへのパワー供給の間でパワー供給を切り替えるためのリレーを備えている、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のマルチプローブサブアッセンブリは、前記第３の超音波溶接プローブステータス信号及び前記第４の超音波溶接プローブステータス信号に応答して前記第３のポート及び前記第４のポートへのパワー供給の間でパワー供給を切り替えるためのリレーを備えている、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記マルチプローブサブアッセンブリは、超音波信号入力を発生するための超音波ジェネレータとは別のシャシに設けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するための方法であって、
第１のマルチプローブサブアッセンブリ、第２のマルチプローブサブアッセンブリ、及び、マスター制御部をマルチプローブコントローラシャシに設ける工程であって、該第１のマルチプローブサブアッセンブリは、第１の超音波溶接プローブに接続するための第１のジャックと第２の超音波溶接プローブに接続するための第２のジャックとを備え、前記第２のマルチプローブサブアッセンブリは、第３の超音波溶接プローブに接続するための第３のジャックと第４の超音波溶接プローブに接続するための第４のジャックとを備える、前記工程と、
前記第１のマルチプローブサブアッセンブリ、前記第２のマルチプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部を少なくとも１つのコネクターに連結する、各工程を備える、システム。
【請求項１１】
少なくとも前記第１の超音波溶接プローブ及び前記第２の超音波溶接プローブのパワーステータスを監視し、
前記第１の超音波溶接プローブのパワーステータスを示す第１の超音波溶接プローブパワーステータスと、前記第２の超音波溶接プローブのパワーステータスを示す第２の超音波溶接プローブパワーステータスとを発生し、
前記第１の超音波溶接プローブがパワー供給されたことを前記第１の超音波溶接プローブパワーステータス信号が示すように前記第１の超音波溶接プローブにパワーを提供し、
前記第１の超音波溶接プローブにパワーを提供する工程から前記第２の超音波溶接プローブにパワーを提供する工程に切り替えるため信号を受信し、
前記第１の超音波溶接プローブへのパワー供給を終結させ、
前記第１の超音波溶接プローブパワーステータス信号を監視し、
前記第１の超音波溶接プローブがこれ以上パワー供給されないことを前記第１の超音波溶接プローブパワーステータス信号が示すとき前記第２の超音波溶接プローブへのパワーの提供を開始する、各工程を更に備える、請求項１０に記載の方法。  
【請求項１２】
前記第１の超音波溶接プローブパワーステータス信号を監視する工程は、前記マスター制御部に収容されたプログラム可能な論理デバイスにおいて前記第１の超音波溶接プローブパワーステータス信号を監視する工程を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも前記第３の超音波溶接プローブ及び前記第４の超音波溶接プローブのパワーステータスを監視し、
前記第３の超音波溶接プローブのパワーステータスを示す第３の超音波溶接プローブパワーステータス信号と、前記第４の超音波溶接プローブのパワーステータスを示す第４の超音波溶接プローブパワーステータス信号とを発生し、
前記第３の超音波溶接プローブがパワー供給されたことを前記第３の超音波溶接パワーステータス信号が示すように前記第３の超音波溶接プローブにパワーを提供し、
前記第３の超音波溶接プローブにパワーを提供する工程から前記第４の超音波溶接プローブにパワーを提供する工程に切り替えるため信号を受信し、
前記第３の超音波溶接プローブへのパワー供給を終結させ、
前記第３の超音波溶接プローブパワーステータス信号を監視し、
前記第３の超音波溶接プローブがこれ以上パワー供給されないことを前記第３の超音波溶接プローブパワーステータス信号が示すとき前記第４の超音波溶接プローブへのパワーの提供を開始する、各工程を更に備える、請求項１０に記載の方法。  
【請求項１４】
単一パワー供給源から１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステムであって、
少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリであって、該少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリの各々は複数の超音波プローブに超音波信号を提供するように構成されている、前記少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリと、
前記少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリに連結されたマスター制御部であって、該マスター制御部は該少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリとは別個の物理装置であり、該マスター制御部は、前記複数の超音波プローブの各々のパワーステータスを検出すると共に、更に前記複数の超音波プローブの各々に対して超音波溶接プローブステータス信号を発生するための少なくとも１つのプログラム可能な論理構成要素を有する、前記マスター制御部と、
を備える、システム。
【請求項１５】
前記少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部は、単一のシャシ内に収容されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記単一のシャシは、標準ラック取り付けシャシの寸法標準規格に準拠している、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記単一のシャシは、幅が約２０．３ｃｍから約２７．９ｃｍ（約８インチから約１１インチ）、高さが約５．１ｃｍから約１２．７ｃｍ（約２インチから約５インチ）、及び、長さが約２５．４ｃｍから約３５．６ｃｍ（約１０インチから約１４インチ）である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも２つのプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部は、少なくとも２つのコネクターを通して互いに連結されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも２つのプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部へのパワーを発生するための超音波ジェネレータを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記超音波ジェネレータは、前記少なくとも２つのプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部とは別個のシャシ内に収容されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記マルチプローブサブアッセンブリは、前記複数の超音波プローブに提供されるパワーを制御するためのリレーを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
単一パワー供給源から少なくとも１つの超音波溶接プローブに超音波信号を提供するためのサブアッセンブリであって、
前記少なくとも１つの超音波溶接プローブに接続するための少なくとも１つのジャックと、
超音波信号を受け取るための超音波入力部と、
前記超音波信号を別のサブアッセンブリの超音波入力信号に出力するための超音波出力部と、
マスター制御部から制御信号を受け取るための制御入力部と、
前記制御信号を前記別のサブアッセンブリの制御入力部に送信するための制御出力部と、
を備える、サブアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年９月２２日に出願された現在係争中の米国特許出願番号１０／６６７，０３５号並びに２００５年８月３０日に出願された現在係争中の米国特許出願番号１１／２１４，６６０号の部分継続出願である。
【０００２】
本発明は、概して、超音波溶接に係り、より詳しくは、マルチ超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波溶接は、製造環境において構成部品同士を連結するための効率的な技術である。超音波溶接の用途には、例えば自動車部品、医療製品及び健康製品等の製品を製造する際の、プラスチック部品及びファブリックの溶接が含まれている。
【０００４】
超音波溶接法を用いる製造者は、単一の製造環境において、幾つかの個々の溶接装置、即ち「プローブ」を使用することができる。個々の装置は、特定の溶接のため又は特定の構成部品で使用するためカスタマイズされている。コスト的な見地並びに製造環境中のスペースを節約するという所与の動機からは、適切な数の超音波プローブにパワーを提供するため最小数のパワー供給源を使用することが望ましい。
【０００５】
超音波ジェネレータから例えばプローブ等の超音波負荷への最大パワー輸送効率（約９０％を超える）を達成するため、当該ジェネレータは、当該超音波負荷の厳密な機械的共振周波数で該超音波負荷を駆動しなければならない。ジェネレータ内部の回路構成は、ジェネレータの駆動周波数が負荷の共振周波数を追跡することを可能にするが、該共振周波数は温度変化に起因してドリフトする。このドリフトは超音波変換器又はドライバーの経年変化特性によっても引き起こされ得る。
【０００６】
一つの超音波ジェネレータの出力から一度に１つより多い超音波負荷にパワー供給することは、ジェネレータの出力に過負荷条件をもたらしかねない。マルチプローブの共振周波数を厳密に一致させることは可能ではないからである。２つのプローブの共振周波数は時間の経過と共に変化する。異なる超音波プローブが時間の経過と共に異なる経年変化を受け、それらのプローブが受ける温度変化は時間の経過に亘って合致していないからである。かくして、一つのジェネレータの出力からマルチプローブにパワー供給するためには、プローブは、高電圧（典型的には、１，０００Ｖｒｍｓより大きい）のジェネレータ出力へと個別に切り替えられるべきである。これは、多数の高電圧リレーを使用し、一つのリレーを各々の超音波負荷専用とすることにより達成することができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施態様によれば、マルチプローブコントローラが、マルチプローブ超音波溶接システムをシーケンス制御するため提供される。本発明の一態様によれば、マルチプローブコントローラのシーケンス手段は、超音波溶接のためのパワージェネレータの設備内に統合化される。
【０００８】
本発明の別の実施態様によれば、マルチプローブコントローラは、超音波溶接システムで機能し該システムを制御するため必要な接続を提供する独立のエンクロージャ内に備えられた小型モジュール設計である。
【０００９】
本発明の更に別の実施態様によれば、独立のマスターマルチプローブコントローラのエンクロージャは、スレーブマルチプローブコントローラのエンクロージャと対となって、追加の超音波溶接プローブの制御のための支持を追加する。
【００１０】
本発明の更に別の実施態様によれば、マルチプローブコントローラは、複数の超音波プローブにパワーを供給するため、要求されたとき制御信号を提供するように自動化コントローラと連係して使用される。
【００１１】
本発明の別の実施例によれば、マルチプローブパワー供給部及びコントローラは、溶接時間及び溶接振幅レベルをマルチ超音波溶接プローブに割り当てることを可能にしている。代替例として又は該態様に加えて、溶接は、要求された全溶接エネルギーによって条件指定される。
【００１２】
単一のプローブのみが単一の超音波ジェネレータから一度にパワー供給されるように、パワーがマルチ超音波溶接プローブに提供される。このとき、パワー供給されるプローブの変更は、第１のプローブにおける電圧がパワー変化にとって安全なレベルへと低下した後にのみ可能とされる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、単一パワー供給源から１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステムが提供される。本システムは、第１の超音波溶接プローブに接続するための第１のジャックと第２の超音波溶接プローブに接続するための第２のジャックとを有する第１のマルチプローブサブアッセンブリを備える。本システムは、第３の超音波溶接プローブに接続するための第３のジャックと第４の超音波溶接プローブに接続するための第４のジャックと、を有する第２のマルチプローブサブアッセンブリを更に備える。少なくとも１つのコネクターは、前記第１のマルチプローブサブアッセンブリを前記第２のマルチプローブサブアッセンブリに接続する。
【００１４】
本発明の更に別の実施態様によれば、１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するための方法は、第１のマルチプローブアッセンブリ、第２のマルチプローブサブアッセンブリ、及び、マスター制御部をマルチプローブコントローラシャシに設ける工程を備える。該第１のマルチプローブサブアッセンブリは、第１の超音波溶接プローブに接続するための第１のジャックと第２の超音波溶接プローブに接続するための第２のジャックとを備える。前記第２のマルチプローブサブアッセンブリは、第３の超音波溶接プローブに接続するための第３のジャックと第４の超音波溶接プローブに接続するための第４のジャックとを備える。本方法は、前記第１のマルチプローブサブアッセンブリ、前記第２のマルチプローブサブアッセンブリ及び前記マスター制御部を前記少なくとも１つのコネクターに連結する工程を更に備える。
【００１５】
本発明の別の実施態様によれば、単一パワー供給源から１つより多い超音波溶接プローブにパワーを提供するためのシステムが提供される。本システムは、少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリを備える。該少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリの各々は複数の超音波プローブに超音波信号を提供するように構成されている。マスター制御部は、該マスター制御部が該少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリとは別個の物理装置であるように前記少なくとも２つのマルチプローブサブアッセンブリに連結されている。該マスター制御部は、前記複数の超音波プローブの各々のパワーステータスを検出すると共に更に前記複数の超音波プローブの各々に対して超音波溶接プローブステータス信号を発生するための少なくとも１つのプログラム可能な論理構成要素を有する。
【００１６】
本発明の別の実施態様によれば、サブアッセンブリが提供される。サブアッセンブリは、少なくとも１つの超音波溶接プローブに接続するための少なくとも１つのジャックを備える。超音波入力部が、超音波信号を受け取るため備えられている。超音波出力部が、前記超音波信号を別のサブアッセンブリの超音波入力信号に送信するため備えられている。サブアッセンブリは、制御入力部と、制御出力部と、を更に備える。制御入力部は、マスター制御部から制御信号を受け取る。制御出力部は、前記制御信号を前記別のサブアッセンブリの制御入力部に送信する。
【実施例】
【００１７】
ここで、図１を参照すると、本発明の一実施例に係る超音波溶接システム１０のブロック図が示されている。超音波ジェネレータ１２は、マルチプローブコントローラ（ＭＰＣ）１４を備えている。図１は、マスターＭＰＣユニット１５及びスレーブＭＰＣユニット１６として実装されたＭＰＣ１４を示している。ＭＰＣユニットの各々は、超音波パワージャック２２に取り付けられたプローブ接続部２０を介して多数の超音波プローブ１８ａ〜ｈにパワーを回送している。超音波ジェネレータ１２は、自動化制御システム２４から受信した信号に従って超音波プローブ１８にパワー供給する。自動化制御システム２４は、本システムで使用することができる１種のセレクター入力装置である。代替例として、超音波プローブ選択を要求し、超音波パワーの付勢及び非付勢を要求するように切り替える手動制御を、幾つかの実施例で使用することができる。
【００１８】
超音波ジェネレータ１２からのパワーは、超音波パワー出力部２６から、マスターユニット１４上に設けられた超音波パワー入力部２８に分配される。超音波ジェネレータ１２のシステム出力部３０は、信号を、自動化制御システム２４の自動化制御入力部３２に送り、超音波ジェネレータ１２のシステム入力部３４は、自動化制御システム２４の自動化制御出力部３６からの信号を受け取る。
【００１９】
自動化制御システム２４における信号入力は、ＭＰＣ準備信号入力３８と、超音波パワーステータス信号入力４０と、モニター信号共通入力４２と、を含んでいる。自動化制御システム２４の信号出力は、超音波付勢出力４４と、プローブ選択ビット出力４６、４８及び５０を含んでいる。３つのプローブ選択ビットが図１の実施例で示されているが、選択されるべき超音波プローブ１８の数に応じて、より多くの又はより少ないプローブ選択ビットを提供することができる。例えば、第４のプローブ選択ビット出力が、１６進数コードを使用して１６個以内のプローブの選択を可能にするため提供されてもよい。プローブ選択ビット４６、４８及び５０は、２進数の重み付けビットであり、このときビット０は最小の有意ビットであり、ビット２は最大の有意ビットである。３つのビットを使用したとき、８個以内の異なる超音波プローブを選択することが可能となる。本方法は、自動化制御システム２４が２つのプローブを同時に選択することを不可能にさせるという利点を有する。１つより多いプローブ選択リレーを一度に付勢することを防止することが望ましいからである。共通（グラウンド）の接続部５２も、自動化制御システム２４と超音波ジェネレータ１２との間に設けられている。これらの信号の各々の機能は、以下、それらの説明を参照して理解されよう。
【００２０】
本発明で使用するための超音波プローブ１８は、特定の超音波溶接用途のための器具を用いて最適化された超音波溶接プローブを始めとした任意種類の超音波溶接プローブを備えていてもよい。自動化制御システム２４内のタイマーにより又は超音波ジェネレータ１２内に設けられた溶接時間コントローラにより制御することができる超音波溶接時間は、溶接時間に基づいて制御することができ、又は、特定の溶接のための特定量の溶接エネルギーを求めるため、超音波パワーを測定し、ワット数を秒で積分してもよい。一実施例によれば、自動化制御システム２４は、溶接時間の間に、いずれのプローブ１９が使用されるかを選択し、超音波付勢出力４４から超音波ジェネレータ１２まで付勢信号を送ることにより溶接の持続を制御することもできる。非常に正確な溶接時間を必要とする場合には、自動化制御システム２４が超音波出力の実際の持続時間を制御することを可能にするため、超音波ステータス信号出力が自動化制御システム２４に供給されてもよい。
【００２１】
超音波ジェネレータ１２内の溶接タイマーは、受容可能な溶接部品を画定するためユーザープログラム可能な窓を持っていてもよい。例えば、本システムは、エネルギーにより部品を溶接するようにプログラムすることができ、超音波溶接システム１０は、５００ジュールの溶接エネルギーに設定されてもよい。超音波ジェネレータ内の溶接コントローラは、５００ワット秒のエネルギーが部品に印加されるまで超音波を適用するため超音波ジェネレータ１２を制御するが、２次的な時間窓又は制限を、プロセス中の故障を検出するためプログラムしてもよい。上記例では、溶接が正確に達成されたとき部品が５００ワットの超音波パワーを引き出すことが典型的であり、このパワー引き出しは、約１秒の周期時間内で生じる。プログラムされたエネルギーレベルが予め設定された時間窓の範囲外（例えば、０．５秒より短く２秒より長い）で達成されたならば、当該部品は、劣化部品又は疑わしい部品としてフラグを立てられるように時間窓をプログラムすることができ、幾つかの例では、自動化設備は、当該部品を適切な部品貯蔵容器内に整理するため使用することができる。
【００２２】
超音波溶接システム１０は、超音波ジェネレータ１２から一つの超音波プローブ１８へと超音波パワーを一度に提供することを可能にする。ＭＰＣ１４からのＭＰＣ準備信号は、別の超音波プローブ１８へのパワーの終了及び該超音波プローブが振動停止するところのリングダウン期間に続いて、新しい超音波プローブ１８のための選択ビット４６、４８及び５０を変更することが何時可能となるかに関する情報を自動化制御システム２４に通知する。
ここで図２を参照すると、本発明の一実施例に係る超音波溶接システム１０のためのタイミング図が示されている。ＭＰＣ準備ステータス信号５４は、超音波ジェネレータのシステム出力部３０から自動化制御システム２４のＭＰＣ準備信号入力部３８へとＭＰＣ１４から送られる。ＭＰＣ準備ステータス信号５４は、ＭＰＣ１４が異なる超音波プローブ１８にパワーを提供するため何時準備されるかの表示を提供する。超音波パワーステータス信号５６は、超音波ジェネレータ１２のシステム出力部３０から自動化制御システム２４の超音波ステータス信号入力部４０へと送られる。プローブ選択信号５８は、実際には、プローブ選択ビットの結果のグラフ的表現であるが、これは、自動化制御システム２４によるプローブ選択の時間に亘る変化を示している。超音波作動信号６０は、自動化制御システム２４の超音波付勢出力部４４から超音波ジェネレータ１２のシステム入力部３４へと送られ、選択されたプローブ１８への超音波パワーの提供を自動化制御システム２４が何時開始しようとするかを示している。超音波電圧出力信号６２は、付勢プローブのプローブ接続部２０における電圧を示している。
【００２３】
図２に示された開始時刻ｔ０において、プローブ番号１が選択されるが、プローブへはパワーが提供されていない。更には、ＭＰＣ準備ステータス信号５４がその準備状態、即ち図示のように「ロー」に設定されるので、自動化制御システム２４は、パワー供給するための別のプローブを任意に選択する。ｔ０から短時間後の時刻ｔ１では、プローブ選択は、プローブ選択信号５８により示されるように、プローブ番号５を選択するように変更される。マルチプローブコントローラ１４内の同期論理は、新しいプローブの選択と超音波パワーの作動との間の遅延を要求する。例えば、一実施例では、マルチプローブコントローラ１４内の同期化は、自動化制御システム２４が、プローブ番号５が選択されたときの時刻ｔ１と、超音波作動信号６０がその「ハイ」状態即ち非付勢状態から「ロー」状態即ち付勢状態へと変化するときの時刻ｔ２との間に適切に動作するため最小でも４０ｍｓの遅延を提供する。超音波作動信号６０が付勢した実質的に直後に、ＭＰＣ準備ステータス信号５４は、その「ロー」の準備状態からその「ハイ」の非準備状態へと変化する。短時間後の時刻ｔ３において、超音波パワーステータ通路信号５６は、超音波パワーが提供されていないことを示すそのハイ状態から、超音波パワーが提供されていることを示すそのロー状態へと変化する。ｔ２及びｔ３の間の時間遅延は、ＭＰＣ１４が自動化制御システム２４と同じ同期論理上で作動しないという事実に起因している。超音波パワーの印加開始は、ＭＰＣ１４が自動化制御システム２４の同期論理に従って生じ、自動化制御システム２４によっては直接的には制御されていない。
【００２４】
超音波パワーの付勢は、超音波付勢信号６０がその「ロー」の付勢状態から「ハイ」の非付勢状態に変化する時刻ｔ４まで持続する。この状態遷移と実質的に同時に、超音波パワーステータス信号５６は、超音波パワーが提供されていることを示すそのロー状態から、超音波パワーの提供が終了されることを示すそのハイ状態まで変化する。超音波パワーステータス信号５６は、超音波付勢信号６０からの非付勢信号と同時に変化する。非付勢信号は、ＭＰＣ１４の同期論理を通しては進行しないからである。
【００２５】
時刻ｔ４に続いて、時刻ｔ５まで超音波電圧出力信号６２でリングダウン期間が生じる。リングダウン時間は、パワーダウンされた特定のプローブの、超音波スタック特性及びプローブの締め付け圧力等の特性を始めとした特性に基づいて変わり得る。リングダウン期間に続いて、時刻ｔ６では、ＭＰＣ準備ステータス信号は、ハイ（非準備）からロー（準備）へと変化する。これは、ＭＰＣユニット１５によってプローブ選択を受け入れることができることを示している。再び、ｔ５とｔ６との間の時間遅延は、リングダウン時間とＭＰＣ１４の同期論理との間の同期関係に起因している。時刻ｔ２と時刻ｔ６との間で、プローブ選択信号４１における任意の変化は、マスターＭＰＣ１５又はスレーブＭＰＣ１６によって無視される。ＭＰＣ準備ステータス信号５４は、「ハイ」（非準備）に設定されるからである。
【００２６】
ここで、図３を参照すると、本発明の一実施例に係るマルチプローブコントローラ１４のブロック概略図が示されている。プログラム可能な論理デバイス６４は、ＭＰＣ１４のためのデジタル論理を実施する。マルチプローブコントローラ１４の回路は、１つ以上の制御パワー及び調整回路６６によりパワー供給される。該回路６６は、本発明の一実施例によれば、パワー供給回路６８から入力パワーを受け取り、公称２４ボルトＤＣを電圧検出回路７０に供給し、１２ボルトＤＣを５ボルトレギュレータ回路７２に供給する。局所的なパワー調整フィルターコンデンサ（図示せず）が、制御パワー供給出力部に備えられ、それにより、更に後述されるリレー制御回路の機能は、ラインパワーの変動又は総パワーの目減りに起因してさえも障害が生じない。
レギュレータ回路７２は、デジタル制御論理部品をパワー供給する。レギュレータ回路７２は、グラウンド７４に接地されている。制御パワー及び調整回路６６は、遷移状態の安全制御を確実にするため停電又は電圧低下条件の間でも十分なパワーを維持するためホールドアップコンデンサも備える。パワーはリレー７６を介して超音波プローブに提供される。検出回路７０は、リレー７６の接点を保護するため超音波溶接電圧の禁止を要求するリレー制御電圧の機能不全を検出するための入力をプログラム可能な論理デバイス６４に提供する。リレー７６は、超音波パワー入力部２８から超音波パワーを受け取り、当該パワーを、いずれのプローブが選択されたかに基づいて、超音波プローブ１６に回送する。本発明の一実施例によれば、リレー７６は、５Ａで５０００Ｖｒｍｓの最大定格を有する。パワーフェールインターフェース構成要素７８は、入力ＡＣパワーの大きさを監視する回路を備えた外部モジュールを備え、ＡＣラインレベルが電圧低下始動設定値より小さい場合に、パワーフェール信号８０を提供する。
【００２７】
プログラム可能な論理デバイス６４は、タイミングを取り、状態を遷移させるため、クロック８２からタイミング信号を受け取る。一実施例によれば、クロック８２は、約３２ｋＨｚのレートで動作する。ヘックスバッファ８４は、ユーザー入力８６と、プローブステータス入力８８と、を受け取る。これらの入力は、一実施例によれば、プログラム可能な論理デバイス６４のための５ボルト論理レベルへとダウンシフトされる。ユーザー入力８６は、図１に示されるように、超音波ジェネレータ１２のシステム入力部３４に入力することができる。ユーザー入力８６は、自動化制御システム２４からの入力であってもよい。プローブステータス入力８８は、図２に示されるように、超音波ステータス信号５６を超音波ジェネレータ１２からマルチプローブコントローラ１４へと回送する。図１に示される実施例では、超音波ステータス信号５６は、超音波ジェネレータ１２のシャシ内でマスターマルチプローブコントローラユニット１５へと回送される。該ユニットは超音波ジェネレータのシャシ内に設けられている。超音波ステータス信号は、マルチプローブコントローラ状態論理１２２により使用され（図４に関して後述される）、ＬＥＤドライバー論理１６４（図４に関して後述される）内の発光ダイオード（ＬＥＤ）インジケータの状態を制御するためにも使用される。図３に示された実施例では、５つの接続が、ヘックスバッファ８４とプログラム可能な論理デバイス６４との間になされている。選択ビットのゼロ、１及び２の各信号９０、９２及び９４に関する接続は、いずれの超音波プローブが作動のために選択されるかを制御する。超音波パワーステータス信号５６は、超音波プローブの状態をプログラム可能な論理デバイス６４に指し示す。超音波付勢信号６０は、超音波プローブ作動を開始するためプログラム可能な論理デバイス６４に信号伝達する。
【００２８】
図３の実施例では、プログラム可能な論理デバイス６４は、リレーコイルドライバー回路９６に制御信号を出力する。図示の実施例では、プログラム可能な論理デバイス６４は、リレーコイルドライバー制御信号回路９８を介して、制御信号をリレーコイルドライバー回路９６に出力する。リレードライバー回路９６は、リレー制御回路１００を介して制御リレー回路７６への出力を駆動し、超音波パワーに２８から超音波プローブ１６ａ〜１６ｄにパワーを提供する。図３に示された実施例では、追加のリレー制御信号回路１００により示されるように、４つの追加の超音波プローブのためのリレーコイルドライバー制御信号を提供するためリレーコイルドライバー回路９６も備え付けられている。追加のプローブを制御するためのリレー回路は、図３に示される回路と同じキャビネット内に備えられてもよく、又は、別個のハウジング内に設けられていてもよい。
【００２９】
２つの電圧フォールト装置が、プログラム可能な論理デバイス６４に入力を提供する。コイルドライバーフォールト検出回路１０２は、リレーコイルドライバー回路９６内の欠陥を検出し、一つのリレーコイルのみが付勢されていることをチェックする。欠陥条件は、リレーコイルドライバーが故障した場合、即ち電気的短絡が発生した場合に信号出力される。電気的短絡が生じると、２つ以上のプローブが同時に付勢される。超音波電圧検出回路１０４は、超音波溶接電圧に達したか又は安全レベル（即ちゼロレベル）にある時点を検出するようにリレー７６において超音波溶接電圧をサンプリングする。一実施例によえば、超音波電圧検出回路１０４は、超音波電圧の大きさを監視し、約２４Ｖａｃより低く設定された電圧トリップ値を有する。超音波電圧検出回路１０４の出力は、図２に示された超音波ステータス信号５６に類似しており、超音波電圧検出回路１０４の出力は、超音波プローブのためのリングダウン時間に等しい量だけより長く付勢したまま（即ち、超音波オン状態にある）となっている。
【００３０】
リレーコイルドライバー回路９６の制御と関連して、プログラム可能な論理デバイス６４は、ＬＥＤドライバー回路１０５にインジケータ信号も出力し、該回路は、インジケータＬＥＤ１０ａ〜ｄを駆動する。本発明の一実施例によれば、インジケータＬＥＤ１０６は、二色ＬＥＤである。一実施例によれば、ＬＥＤ１０６は、対応するプローブチャンネルが選択されるとき緑色を発光し、超音波電圧が付勢されるとき赤色に変化することができる。追加のプローブが実装される場合には、追加のドライバー回路１０５及び二色ＬＥＤ１０６を使用することができる。
【００３１】
プログラム可能な論理デバイス６４は、開コレクタードライバー１０８に信号を出力し、該ドライバーは、超音波付勢禁止信号１１０を超音波付勢禁止出力部１１２に送る。反転化バッファ１１４への別の出力は、マルチプローブコレクター準備信号出力１１６を供給し、該出力は、制御変化を受け入れることができるとき真（オン、電流低下）となり、制御変化が無視されるとき偽（オフ、開放）となる。かくして、断絶されたケーブルは、非準備（偽）信号をマルチプローブコントローラに送る。
【００３２】
ここで、図４を参照すると、本発明の一実施例に係る図３のプログラム可能な論理デバイス６４の論理を示す機能ブロック図が示されている。プログラム可能な論理デバイス６４は、クロックディバイダー１１８により時間制御され、該クロックディバイダー１１８は、３２ｋＨｚのクロック入力１２０から内部クロックを提供する。マルチプローブコントローラ状態論理ブロック１２２は、超音波電圧検出信号を超音波電圧検出回路１０４から超音波電圧信号入力１２４において受信し、パワーフェールインターフェース構成要素７８からパワーフェール信号入力１２６においてパワーフェール信号８０を受信し、コイルドライバーフォールト検出回路１０２からコイルドライバーフォールト信号入力１２８においてコイルドライバーフォールト信号を受信し、プローブステータス入力８８から超音波パワーステータス信号入力１３０において超音波パワーステータス信号５６を受信し、内部クロックにより同期制御される。マルチプローブコントローラ状態論理ブロック１２２は、マルチプローブコントローラ準備信号５４も出力し、該準備信号は、ＭＰＣ１４が、マルチプローブコントローラ準備信号出力１３２において超音波プローブ変更指令を受け入れるため準備していることを示している。マルチプローブコントローラ状態論理ブロック１２２は、マスターリセット出力１３４からマスターリセット信号を供給し、超音波イネーブル出力１３６から超音波イネーブル信号を提供し、超音波付勢禁止入力１３８において超音波付勢禁止入力信号を受信する。超音波付勢禁止信号１１０は、超音波付勢制御論理１４２の論理的超音波付勢禁止出力１４０において発信する。クロック同期イネーブル信号は、クロック同期化接続１４４、低下電圧リセット接続１４６及びクロックリセット接続１４８を通って伝搬する。
【００３３】
プローブ選択入力は、クロックカウントされ、同期ラッチ１５０によりラッチされる。該プローブ選択入力を介して、ユーザー又は自動化制御システム２４は、いずれの超音波プローブが作動するべきかを選択する。図４に示された実施例では、同期ラッチ１５０は、選択ビットであるゼロ、１及び２に各々対応する選択ビット入力部１５２、１５４及び１５６において選択入力を受信し、該選択ビットは、選択デコードコンジット１５８を介して、３乃至８ラインのデコーダー１６０に送られる。この論理は、３入力制御ビットを備えた８個のプローブの一つを選択するため使用され、一実施例によれば、この論理は、１つより多いプローブを同時に選択することを不可能にさせる。図４の実施例では、デコーダー１６０は、プローブ選択信号を、リレーコイルドライバー論理１２０及びＬＥＤ１０６ドライバー論理１６２に出力する。マルチプローブコントローラ状態論理ブロック１２２は、（図２及び図５乃至図１０に示されるように）タイミング状態の考察並びに様々な電圧検出入力を請け負っている。リレーコイルドライバー論理１６２は、リレーコイルドライバー回路９６（図３に示される）に入力されるリレー制御信号を発生し、ＬＥＤドライバー論理１６４は、ＬＥＤドライバー回路１０５に入力されるＬＥＤ制御信号を発生する。超音波付勢制御論理１４２は、超音波付勢禁止信号１１０（図３に示される）を発生する。
【００３４】
図４の実施例では、同期ラッチ１５０、デコーダー１６０、クロックディバイダー論理１１８、及び、超音波付勢制御論理１４２は、マスターリセットコンジット１６６を介して全てリセット可能である。該マスターリセットコンジット１６６は、マルチプローブコントローラ状態論理１２２から発し、超音波コントローラの中央集約式のリセットを可能にする。同期ラッチ１５０及び超音波付勢制御論理１４２は、クロック同期信号を、クロックディバイダー１１８の同期クロック出力１６８から受信する。超音波付勢制御論理１４２は、超音波付勢入力１７０において超音波付勢信号１６０を受信し、ＭＰＣ状態論理１２２の超音波イネーブル信号出力１３６から超音波イネーブル信号を受信し、超音波付勢禁止信号出力１４０において超音波付勢禁止信号１１０を発生させる。超音波付勢禁止信号１１０は、超音波付勢禁止信号出力１４０からＭＰＣ状態論理１２２の超音波付勢禁止信号入力１３８に送られる。
【００３５】
マスター及びスレーブのマルチプローブコントローラ１５及び１６は、超音波プローブ状態を監視するように作動し、当該システムのユーザーにより又は自動化制御システム２４により要求されたプローブ状態変化を起こすように作動する。これに続く信号のトレースは、本発明の幾つかの実施例に係る超音波溶接システムの作動を示している。  
【００３６】
ここで、図５を参照すると、本発明の一実施例に係るパワー上昇タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。時刻はｘ軸に沿って表示され、ドットで各々示されたインターバルは２０ｍｓのインターバルを表している。パワー上昇タイミングシーケンスは、超音波溶接システムがパワーオンされたとき開始される。パワー上昇及びリセット条件の間、マルチプローブコントローラ１４は、マスターリセット信号を発し、全てのリレー接点を非作動化し、同期化クロックを禁止する。図５に示された実施例では、同期クロック信号トレース１７２は、マスターリセット信号１７４が「ハイ」信号により示されたそのリセット状態から「ロー」信号により示されたその非リセット状態へと切り替わってから約６０ｍｓ経過後に本実施例では約３０Ｈｚの率で作動する同期クロックが振動開始することを示している。マスターリセット信号１７４が「ハイ」信号により示されたそのリセット状態から「ロー」信号により示されたその非リセット状態へと切り替わってから約４５ｍｓ経過後に、マルチプローブコントローラ準備ステータス信号５４はそのロー状態即ち準備状態へと切り替わる。図５に示される実施例では、マスターリセット信号１７４は、「ロー」の非リセット状態に切り替わる前、パワー上昇後の４０ｍｓより長い時間に亘って「ハイ」状態に留まっている。同期クロック信号１７２がイネーブル化されたとき、第１のリレー接点信号１７６は、そのローのオフ状態からそのハイのオン状態へと変化し、最初の同期クロック上昇エッジによりイネーブル化される。この時点において、リレー７６は、図３に示されるように超音波パワー入力２８を第１の超音波プローブ１８ａに接続するため第１のリレーを付勢するための信号を受信した。
【００３７】
ここで、図６を参照すると、本発明の一実施例に係るパワー停止タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。図６の信号トレースでは、各々のドットライン間の時間インターバルは約２００ｍｓである。停止の間、付勢リレーの接点は、超音波電圧レベルが安全レベルへと降下するまで作動可能な状態のままとなるべきである。図６は、超音波出力が付勢される溶接サイクルの間に入力パワーの停止が発生するときのタイミングシーケンスを示している。図６に示された実施例では、超音波プローブにおける超音波電圧１７８は、表示時間の開始時点でオンとなっている。リングダウン信号１８０は非リングダウン状態において表示時刻の開始時点でハイとなっている。パワー停止信号８０はローであり、これはパワー停止が存在していないことを示している。リレー接点監視信号１８２はハイであり、これは超音波プローブに対応するリレー７６が付勢されることを示している。図６の波形捕捉の開始から約５００ｍｓ経過後のパワー停止時には、パワー停止信号８０は、ハイへと切り替わる、これはパワー停止が発生したことを示している。超音波電圧出力１７８は、パワー停止後の約３５０ｍｓ内にゼロに近いボルト電圧へと低下する。リングダウン信号１８０はローとなって、リングダウンステータスを指し示す。該リングダウンステータスの間に、超音波プローブへのパワーが安全レベルに低下し、ハイ論理へと切り替わり、局所的な供給電圧が、図３に示される超音波電圧検出回路１０４上で急激に低下する前の約６５０ｍｓに亘ってハイのままとなっている。リングダウン信号は、通常、より長いリングダウン時間の特性を有する超音波スタック又はプローブのためのパワー供給停滞時間マージンが約６００ｍｓの状態で機能する。リレー接点監視信号１８２は、リレーが閉じて（ハイ）、溶接サイクルの間の通常の状態となることを示している。リレー接点監視信号１４４は、パワー停止を通してハイのままであり、これは、リレーコイル電圧が低下するまで、リレー接点がリングダウン時間の後の約６００ｍｓに亘って閉じたままとなっていることを示している。
【００３８】
ここで、図７を参照すると、本発明の一実施例に係るプローブリレー選択タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。マルチプローブコントローラは、新しい付勢リレー及びこれによる新しい溶接プローブの選択が、クロック制御され、同期化された態様で達成されるということを確実にする。同期クロック信号トレース１７２は、約３２Ｈｚで作動する本実施例において示されている。プローブ選択ビットゼロ信号９２が、第１の超音波同期クロックのエッジの前の約１０ミリ秒間で非同期式に、第２の超音波プローブ１８ｂの選択に対応する「ロー」状態から、プローブ１８ａの選択に対応する「ハイ」状態まで切り替わるとき、第１のリレーは、第１のリレー信号１８４により示されるように第１の超音波プローブにパワーを提供するためオンに切り替わり、同時に第２のリレーは、次の正の同期クロックエッジにおいて、第２のリレー信号１８６により示されるようにオフに切り替わる。同期クロック信号１７２は、超音波パワーがオンに切り替えられるとき禁止（オフ）され、それにより、リレー切り替え変化は、該リレー切り替え変化が状態変化をクロックするように連結されるので、当該クロック無しでは可能とはならない。この時間の間、プローブ選択入力上の信号変化は、無視されている。
【００３９】
ここで、図８を参照すると、本発明の一実施例に係るプローブリレー選択タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。図８に示された実施例では、同期クロック信号１７２が約３２Ｈｚで作動する。ユーザー選択装置から又は自動化制御システム２４からマルチプローブコントローラ１４により受信されたときのプローブ選択ビットゼロ信号９２も示されている。図８の信号トレースでは、選択ビットゼロのためのハイ信号は、第１の超音波プローブの選択に対応し、選択ビットゼロのためのロー信号は、第２の超音波プローブの選択に対応している。プローブ選択ビットゼロ信号９２が、第１の超音波プローブの選択に対応するそのハイ状態から、第２の超音波プローブの選択に対応するロー除隊まで変化したとき、第１のリレー接点信号１８４は、同期クロック信号１７２の次の上昇エッジ上で、付勢状態即ちハイ状態から、非付勢状態即ちロー状態へと変化する。第２のリレー接点信号１８６は、同期クロック信号１７２の同じ上昇エッジ上で、非付勢状態即ちロー状態から動作か状態即ちハイ状態へと変化する。この特定の例では、プローブ選択ビット信号９２の変化から、リレー選択変化を発する同期クロック１７２の上昇エッジまで、約２５ｍｓの非同期遅延時間が存在している。図８に示された実施例では上昇クロックエッジ上では変化が動作開始されていないが、他の実施例では、設計上の考慮事項にとって望ましくなるように、下方に移行するクロックエッジで変化が動作開始されてもよい。
【００４０】
ここで、図９を参照すると、本発明の一実施例に係る超音波作動タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。この図は、以前に選択されたプローブに超音波パワーを作動させるため使用される超音波パワー作動同期タイミングシーケンスを示している。図示の実施例では、図７及び８に示されるプローブ選択論理は、状態を切り替え、異なるリレーを選択するため同期クロックの正で進行するクロックエッジを使用しているが、図９に示された超音波動作論理は、作動のため同期クロックの負に移行するエッジを使用している。
【００４１】
図９では、時間軸は、あらゆるドット付きインターバルに対して５ｍｓを示している。同期クロック信号１７２は、約３２Ｈｚで作動する同期クロックを示している。超音波動作信号６０は、動作リクエストがなされていないときハイであり、動作リクエストがなされているときはローとなっている。ＭＰＣ論理に入る超音波動作信号６０は、ＭＰＣ論理と非同期であり、任意の時刻で発生し得る。超音波動作禁止信号１１０はＭＰＣ論理と同期し、第１の負のクロックエッジが生じるまで、超音波パワーの動作を遅延させる。例えば、図９において、パワーがオンであることを示すためそのロー状態に切り替わる超音波パワーステータス信号５６により示されるように、超音波動作禁止信号１１０が、超音波パワーを供給することができるそのハイ状態（付勢若しくはイネーブル化）に切り替わる時点である第１の負のクロックエッジが発生するまで、超音波動作信号６０の状態変化から約２５ｍｓの遅延が存在する。
【００４２】
同期論理保護を示すため、超音波付勢信号６０が変化したのと同じ瞬間に自動化制御システム２４がプローブ選択ビットを変化させたことを想定する。新しいプローブリレーは、図７及び図８に示されるように、第１の正に進行するクロックエッジ上で選択される。一実施例によれば、リレー回路５２のための付勢時間の仕様（図３に示される）は、最大５ｍｓであり、それにより、リレー接点は、負に進行するクロックエッジが選択超音波プローブに選択リレーを通して超音波出力を付勢する前の少なくとも１０ｍｓに亘って閉鎖されるべきである。超音波パワー及び変化するプローブ選択ビットの同時の付勢は、本実施例では奨励される処置ではない。負に進行するクロックエッジが最初に発生した場合には、プローブ選択ビットは、プローブ選択をもたらすため正に進行するクロックエッジを持たないからである。この場合には正に進行するクロックエッジに遭遇することはない。超音波パワーが付勢されているときには同期クロック信号１７２が禁止されるからである。適切な作動のため、自動化制御システム２４は、ＭＰＣ準備信号入力３８（図１に示される）においてＭＰＣ準備ステータス表示を受け取る。ＭＰＣ準備ステータス表示の受信時には、自動化制御システム２４は、プローブ選択ビット出力４６、４８及び５０（図１に示される）を使用して所望のプローブを選択することができ、溶接サイクルを始動するため超音波付勢信号６０をオンに切り替える前の少なくとも４０ｍｓの間、待機する。
【００４３】
超音波シーケンス装置又はユーザーからの超音波付勢リクエストを実施するため、付勢禁止信号１１０が、その付勢ハイ状態において可能化されなければならない。これは、同期論理回路を介してのみ超音波電圧の付勢を可能にする。図９を参照すると、超音波付勢信号６０は、溶接サイクルを始動するためリクエスト信号を発するようにローに切り替わる。超音波付勢禁止信号１１０は、次の負の同期クロックエッジ上で超音波パワー不能状態のローから超音波パワー可能化状態のハイへと切り替わる。この変化は、溶接サイクルの間に同期クロックを不能にする。超音波パワーステータス信号５６は、超音波パワーが提供されていないことを示すハイ状態から超音波出力が溶接サイクルのために提供されていることを示すロー状態に切り替わる。
【００４４】
ここで、図１０を参照すると、本発明の一実施例に係る超音波非付勢タイミングシーケンスの信号トレースが示されている。超音波非付勢タイミングシーケンスは、超音波プローブのためのパワーダウン論理を取り扱い、パワーが、作動式の超音波プローブによる作用及びパワー消費が終了するまで、新しく選択された超音波プローブにはパワーが供給されないことを確実にする。ＭＰＣ準備ステータス信号５４はマルチプローブコントローラがパワーを新たに選択された超音波プローブに提供するようには準備されていないことを示す一方で、同期クロック信号１７２は、クロックが働いていないことを示している。超音波付勢信号６０が、超音波プローブが付勢されていることを示すロー状態から超音波プローブへのパワーがスイッチオフになったことを示すハイ状態へと切り替わったとき、リングダウンステータス信号１８１は、リングダウンが有効ではないことを示すロー状態から、不能化されている超音波プローブがリングダウン状態にあることを示すハイ状態へと切り替わる。リングダウン状態の間では、超音波プローブは振動停止することを可能にされ、超音波電圧はプローブ選択変更を起こす上で安全レベルに達する。図１０に示されたリングダウンステータス信号１８１は、マルチプローブコントローラのマスター回路基板上で利用可能なリングダウン信号テストポイントから捕捉されている。これとは対照的に、図６のリングダウン信号８０は、図３に示されるプログラム可能な論理デバイス６４上の出力ピン上で直接補足される。与えられた例では、これらの出力の論理が互いに逆転されるが、それらはプログラム可能な論理デバイス６４の同じ出力信号から導き出されている。図１０に示された実施例では、リングダウンステータス信号１８１は、超音波電圧の非付勢の後の約９０ｍｓに亘って動作し、更なる超音波電圧出力又はプローブが当該時間の間に切り替わることを防止する。マルチプローブコントローラ準備ステータス信号５４は、リングダウンが終了するまで非準備状態（ハイ）が続き、次に、マルチプローブコントローラ準備ステータス信号５４がそのロー（準備）状態に切り替わった後では、同期クロック１７２が機能し始める。図示の実施例では、リングダウン信号は、図３に示される超音波電圧検出回路１０４により発生した信号に基づいて決定される。
【００４５】
同期デジタル論理の使用は、自動化制御システム２４が観察しなければならない、ほとんど全てのタイミング要求を無くしてしまう。幾つかの実施例によれば、唯一のタイミング要求は、超音波パワーが付勢される前に、プローブ選択が、少なくとも設定時間、例えば４０ｍｓを生じさせなければならないということである（マルチプローブコントローラ１４が準備されているとき）。マルチプローブコントローラ１４の同期論理は、幾つかの実施例では内部論理に非同期である外部超音波付勢信号でタイミング不確定性の発生を導入している。内部（一体型）溶接タイマーを使用することによって、同期化論理が可能になり、このタイミング不確定性を無くすことができる。
【００４６】
ここで図１１を参照すると、前述した信号トレースに関して一般的な事象シーケンスを示す状態遷移図が示されている。ブロック１８８で示されるように、パワーアップ又はリセット時には、ブロック１９０で可能化状態に遷移される。この可能化状態では、溶接は禁止されるが、プローブリレー選択をなすことができる。この状態は、上述されたように
図７及び図８において示されている。プローブリレー選択がなされたとき、図９で上記示されたように、ブロック１９２で示される付勢状態に遷移される。該付勢状態に続いて、図９の信号トレースの最終選択により表されている溶接状態１９４への遷移がなされる。溶接期間が完了したとき、超音波電圧が、プローブ選択及び溶接サイクルを続行するため可能化状態１９０に遷移することができる安全レベルとなるまで、非付勢状態１９６（図１０に示されるように）に遷移される。パワーが低下するか又は停止した場合、パワーが上昇するか又はリセットされるまで、図６に示されるようにパワーフェール状態１９８に遷移される。
【００４７】
分離式マルチプローブコントローラシャシ２００が小型超音波ジェネレータ２０２に接続される本発明の代替実施例が図１２に示されている。マルチプローブコントローラシャシ２００は、ジェネレータ２０２から超音波パワーを受け取り、超音波ジェネレータＭＰＣインターフェース入力／出力２０６に接続されているＭＰＣインターフェース入力／出力２０４において制御信号を送受信する。自動化制御システム２４からのシステム信号は、超音波ジェネレータ２０２のシステム入力部２０８で受信され、システム信号は、超音波ジェネレータ２０２のシステム出力部２１０から自動化制御システム２４に送られる。超音波パワーは、超音波ジェネレータ２０２の超音波出力２１２からマルチプローブコントローラシャシ２００の超音波入力２１４へと回送される。マスターマルチプローブコントローラ１５と、２つのスレーブマルチプローブコントローラ１６及び１７とは、総合して１２個の超音波プローブ１９にパワーを回送するため設けられている。４つの超音波プローブ１８はマスターマルチプローブコントローラ１５及びスレーブモジュール１６及び１７の各々に接続された状態で示されているが、より多くの又はより少ない超音波プローブを、本発明の特定の実施形態により要求される通りに各モジュールに接続することもできる。更には、２より多いスレーブモジュールを、マスターマルチプローブコントローラへの直接的接続を通してか又は中間スレーブモジュールへの下流側のリンクを通してかのいずれかで、単一のマスターマルチプローブコントローラ１５に接続してもよい。
【００４８】
超音波プローブ接続パネルを介して、超音波プローブを、本発明に係る、マルチプローブコントローラ及びスレーブモジュールに接続してもよい。図１３を参照すると、本発明の一実施例に係る、マスター超音波プローブ接続パネル２１６及びスレーブ超音波プローブ接続パネル２１８が示されている。マスター超音波プローブ接続パネル２１６は、４つの超音波プローブジャック２２ａ〜ｄと、４つの連係する二色ＬＥＤ２２０ａ〜ｄと、を有する。スレーブ超音波プローブ接続パネル２１８は、４つの超音波プローブジャック２２ｅ〜ｈを持ち、該ジャックは超音波溶接ケーブル及び４つの連係する二色ＬＥＤ２２０ｅ〜ｈに接続され、該ＬＥＤは、各ジャックの作動ステータスを指し示している。
【００４９】
ここで、図１４ａ及び図１４ｂを参照して、本発明の別の実施例を説明する。図示のように、マルチプローブサブアッセンブリシャシ３００が示されている。図１４ａに占めｓれた実施例では、シャシ３００は、２つのマルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８を備えている。２つのマルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８は、チャンネル３１６ａ、３１８ａ（図１４ｂ）内に挿入される。マルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８は、一対の超音波出力３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄに接続され、よって超音波プローブ（図示せず）に連結される。
【００５０】
マルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８は、超音波コネクター３２２ａ、３２２ｂ及び制御信号コネクター３２３を介して接続されている。第１の超音波コネクター３２２ｂは、超音波信号を提供し、第２の超音波コネクター３２２ａは、グラウンドを提供する。制御信号コネクター３２３は、制御信号を提供する。超音波入力コネクター３２４は、図１及び図１２のジェネレータ２４等のジェネレータから、超音波信号を伝達する。超音波信号は、超音波プローブにパワーを供給する。マスター制御部３２６は、制御信号をマルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８に提供し、超音波信号が如何に回送されるかを制御する。換言すれば、マスター制御部３２６は、マルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８に、いずれのプローブに超音波信号が送られるべきかを指令する。
【００５１】
マスター制御部３２６は、入力コネクター３２８に接続され、該入力コネクターは制御信号ジェネレータ（図示せず）から制御信号を受信する。制御信号ジェネレータインターフェース回路は、一体型パッケージ形態（図１に示される）において同じハウジング内に配置されてもよく、又は、制御信号ジェネレータは、外部ハウジング（図１２に示される）内に配置されていてもよい。図１乃至図１３を参照して上述された任意の方法において、上記したようにリレー３３０を介して超音波プローブにパワーが提供される。
【００５２】
サブアッセンブリ３１６、３１８は、該サブアッセンブリをデージーチェーン形態で相補接続することができるように設計されている。デージーチェーン形態は、一つのサブアッセンブリに入力される制御信号及び超音波信号の両方が次のサブアッセンブリに伝達されることを可能にする。デージーチェーンの特徴は、各サブアッセンブリ内にプログラム可能な論理デバイスを備える必要性を無くし、「構成ブロック」の組み立てアプローチを可能にしている。これは、製造のコストダウンを図れるだけではなく、多数の異なるアッセンブリ形態を可能にし、より容易なトラブルシューティングを可能にする。
【００５３】
デージーチェーン又はマルチコネクター３２２ａ、３２２ｂを使用して、マルチブローブサブアッセンブリを接続するため、マルチ超音波入力部及び／又はマルチマスター制御部３２６の必要無しに、超音波信号及び制御信号の両方をマルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８に伝達することができる。これは、製造のコストを低下させ、ユーザーが必要の場合に追加のマルチプローブサブアッセンブリをシステムに追加することを可能にしている。また、マルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８の一方が故障するか又は適切に作動していない場合には、それを容易に交換することができる。
【００５４】
図１４ａ及び図１４ｂに示された実施例では、マルチプローブサブアッセンブリは、２つのチャンネルが増加したものとして示されており、シャシは２つのサブアッセンブリを備えている。しかし、現時点の設計の利点の一つは、エンドユーザーがマルチプローブサブアッセンブリの数を選択することを可能としたことである。一実施例では、単一のシャシ３４０を使用することができる。図示のように、単一のシャシ３４０（図１５ａ〜ｅ）は、様々なサイズで役立ち、任意の箇所で、２から８個のサブアッセンブリ（従って、１６個までの超音波プローブを使用することを可能にしている）を収容する。単一のシャシ３４０は、ラック取り付けシャシ寸法標準規格に準拠してもよく、これにより、ユーザーが、ラックに多数の単一シャシ３４０を積み重ねることを可能にし、格納を容易にする。
【００５５】
別の実施例では、図１６ａ〜ｄに示されたシャシ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄは、８個以内のマルチプローブサブアッセンブリ３１６、３１８を収容することができ、１６個の超音波プローブを可能にしている。適切にサイズが定められた縁飾りプレート３５２ａ、３５２ｂ、３５２ｃ、３５２ｄは、様々なサイズの積み重ねられたモジュールを覆っている。図示の実施例では、縁飾りプレート３５２は、より大きい。より少ない数のチャンネルを備えたより小さいシステムは、ラックの取り付けが望まれていない場合には、スタンドアロン型のベンチ取り付けシャシで使用することができる。
【００５６】
２列シャシ３５０ｃ、３５０ｄでは、サブアッセンブリは、少なくとも約３０．５ｃｍ（約１２インチ）の深さである工業自動化設備エンクロージャ（典型的にはホフマンブランドのボックス）内部に適合するほど高く、横２列に組み立てることができる。特殊なホフマンボックスの縁飾り取り付けプレート３５２ｃ、３５２ｄを、一列又は２列高システムのために設計することができる。
【００５７】
本発明の特定の実施例及び用途が図示され、説明されたが、本発明は、本明細書に開示されたものと厳密に等しい構成及び構造に限定されるものではなく、添付した請求の範囲で画定された本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、前記した説明から様々な変更、変形及びバリエーションをなし得ることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る超音波溶接システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、超音波プローブに超音波パワーを提供するためのタイミング遅れを示す信号図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係るマルチプローブコントローラの論理のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係るマルチプローブコントローラのためのプログラム可能論理デバイスの動作を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係るパワー上昇タイミングシーケンスを示す信号追跡図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係るパワー減退タイミングシーケンスを示す信号追跡図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に従ってプローブ２をプローブ１に切り替えるプローブリレー選択タイミングを示す信号追跡図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例に従ってプローブ１をプローブ２に切り替えるプローブリレー選択タイミングを示す信号追跡図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例に係る超音波付勢タイミングを示す信号追跡図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例に係る超音波非付勢タイミングを示す信号追跡図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例に係るマルチプローブコントローラの動作のための状態遷移図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例に係るマルチプローブコントローラのためのマスター及びスレーブ構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例に係る超音波接続パネルの前面図である。
【図１４ａ】図１４ａは、本発明の一実施例に係る２つのマルチプローブサブアッセンブリを収容するシャシを示すブロック図である。
【図１４ｂ】図１４ｂは、図１４ａのシャシの斜視図である。
【図１５ａ】図１５ａは、本発明の様々な実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１５ｂ】図１５ｂは、本発明の様々な実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１５ｃ】図１５ｃは、本発明の様々な実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１５ｄ】図１５ｄは、本発明の様々な実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１５ｅ】図１５ｅは、本発明の様々な実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１６ａ】図１６ａは、本発明の様々な他の実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１６ｂ】図１６ｂは、本発明の様々な他の実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１６ｃ】図１６ｃは、本発明の様々な他の実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【図１６ｄ】図１６ｄは、本発明の様々な他の実施例に係る、シャシ及び超音波プローブジャックの前面図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１５ｅ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【外国語明細書】
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