超音波熔接机台与其控制方法.pdf

一种超音波熔接机台与其控制方法。此超音波熔接机台包含：换能器、振荡器、驱动器、侦测器和控制模块。在此控制方法中，首先利用振荡器输出驱动频率至驱动器，以使驱动器驱动换能器。接着，利用侦测器侦测换能器之工作电流值。然后，利用控制模块计算工作电流值是否大于预设阈值，并提供比较结果。当比较结果为是时，利用控制模块来进行扫频步骤。在此扫频步骤中，首先以预设扫描时间来依序扫描复数个频段，以获得正常驱动频率值。接着，根据正常驱动频率值来驱动换能器，以使工作电流值小于或等于预设阈值。然后，利用控制器调整振荡器

1.  一种超音波熔接机台，其特征在于至少包含：
一驱动器，用以根据一驱动频率来输出一工作电流至一负载；
一侦测器，用以侦测该工作电流的电流值；以及
一控制模块，用以输出该驱动频率，并计算该工作电流的电流值是否大于一预设阈值，并提供一比较结果；
其中当该比较结果为是时，该控制模块以一预设扫描时间来依序扫描多数个频段，以获得该驱动频率的一正常驱动频率值，并将该正常驱动频率值输出至该驱动器来使该工作电流的电流值小于或等于该预设阈值。

2.  如权利要求1所述的超音波熔接机台，其特征在于该负载为一换能器，该换能器是将所接收的电能转换成机械能来振动工作物。

3.  如权利要求2所述的超音波熔接机台，其特征在于该换能器具有一压电材料。

4.  如权利要求1所述的超音波熔接机台，其特征在于更包含一震荡器，其中该震荡器是电性连接至该控制器和该驱动器，以使该控制器控制该震荡电路输出该正常驱动频率值至该驱动器。

5.  如权利要求1所述的超音波熔接机台，其特征在于该预设扫描时间为154微秒。

6.  如权利要求1所述的超音波熔接机台，其特征在于该些预设频段至少包含一第一频段、一第二频段、一第三频段、一第四频段、一第五频段、一第六频段和一第七频段，其中该第一频段是自40600赫兹至40400赫兹，该第二频段是自40400赫兹至40300赫兹，该第三频段是自40300赫兹至40100赫兹，该第四频段是自40100赫兹至40000赫兹，该第四频段是自40000赫兹至39800赫兹，该第五频段是自39800赫兹至39700赫兹，该第六频段是自39700赫兹至39500赫兹，该第六频段是自39500赫兹至39400赫兹，该第七频段是自39400赫兹至39300赫兹。

7.  一种超音波熔接机台的控制方法，其特征在于至少包含：
根据一驱动频率来利用一驱动器输出一工作电流至一负载；
侦测该工作电流的电流值；
计算该工作电流的电流值是否大于一预设阈值，并提供一比较结果，其中当该比较结果为是时，进行一扫频步骤，该扫频步骤是以一预设扫描时间来依序扫描复数个频段，以获得该驱动频率的一正常驱动频率值；以及
将该正常驱动频率值输入至该驱动器，以使该工作电流的电流值小于或等于该预设阈值。

8.  如权利要求7所述超音波熔接机台的控制方法，其特征在于该负载为一换能器，该换能器是将所接收的电能转换成机械能来振动工作物。

9.  如权利要求8所述超音波熔接机台的控制方法，其特征在于该换能器具有一压电材料。

10.  如权利要求7所述的超音波熔接机台控制方法，其特征在于该预设扫描时间为154微秒。

11.  如权利要求7所述的超音波熔接机台控制方法，其特征在于该些预设频段至少包含一第一频段、一第二频段、一第三频段、一第四频段、一第五频段、一第六频段和一第七频段，其中该第一频段是自40600赫兹至40400赫兹，该第二频段是自40400赫兹至40300赫兹，该第三频段是自40300赫兹至40100赫兹，该第四频段是自40100赫兹至40000赫兹，该第四频段是自40000赫兹至39800赫兹，该第五频段是自39800赫兹至39700赫兹，该第六频段是自39700赫兹至39500赫兹，该第六频段是自39500赫兹至39400赫兹，该第七频段是自39400赫兹至39300赫兹。

超音波熔接机台与其控制方法
技术领域
本发明涉及一种超音波熔接机台与其控制方法，特别是有关于一种具有频率回授功能的超音波熔接机台与其控制方法。
背景技术
随着科技的进步与经济的发展，人们对于熔接技术的要求越来越高，因此许多新颖的熔接技术陆续被开发出来，以满足人类的需求。其中超音波熔接技术具有快速、稳定、低污染的特点，因此特别受到瞩目。
超音波熔接技术是利用换能器发出高速震动的音波来高速振动工作物，使工作物因摩擦而产生超过熔点的高温而进行熔接的技术。超音波换能器包含有压电材料，此压电材料是用以接收电能并将其转换成机械能来发送超音波振动工作物。然而，在熔接的过程中，压电材料的工作频率可能随电能、力学及热效应而产生非线性的瞬间变化。当压电材料的工作频率点飘移时，若不将压电材料的工作频率点修正回压电材料的谐振点附近时，则会有大电流流过超音波换能器并发生高热现象，导致压电材料迅速烧毁，并造成系统严重破坏。
因此，需要一种新的回授控制方法，使压电材料的工作频率实质等于谐振频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种超音波熔接机台与其控制方法，以利用回授控制的技术来监控负载的工作电流。
本发明的目的是这样实现的，根据本发明之一实施例，此超音波熔接机台至少包含：负载、驱动器、侦测器和控制模块。驱动器是用以根据驱动频率来输出驱动电流至负载。侦测器是用以侦测工作电流的电流值。控制模块，用以输出驱动频率，并计算工作电流的电流值是否大于预设阈值，并提供比较结果。其中当比较结果为是时，该控制模块以预设扫描时间来依序扫描多数个频段，以获得驱动频率的一正常驱动频率值，并将此正常驱动频率值输出至驱动器来使工作电流的电流值小于或等于预设阈值。
根据本发明之另一实施例，上述的超音波熔接机台的控制方法至少包含：根据驱动频率来利用驱动器输出驱动电流至负载。接着，侦测工作电流的电流值。然后，计算工作电流的电流值是否大于预设阈值，并提供比较结果。其中比较结果为是时，进行一扫频步骤，在此扫频步骤中，首先以预设扫描时间来依序扫描多数个频段，以获得驱动频率的正常驱动频率值。接着，将正常驱动频率值输入至驱动器，以使工作电流的电流值小于或等于预设阈值。
本发明的超音波熔接机台可控制压电陶瓷的工作频率点稳定于压电材料的谐振点附近，即便压电陶瓷的工作频率点偏移，控制模块仍可将工作频率点修正回谐振点附近，避免大电流出现于超音波换能器上。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，上文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图1是本发明的第一实施例的超音波熔接机台的功能方块示意图。
图2是本发明的第二实施例的超音波熔接机台的控制方法框图。
主要组件符号说明
100：超音波熔接机台                110：负载
112：驱动器                        114：侦测器
118：控制模块
200：控制方法                      202：步骤
204：步骤                          206：步骤
208：步骤                          210：步骤
212：步骤
具体实施方式
请参照图1，其是绘示根据本发明的第一实施例的超音波熔接机台100的功能方块示意图。超音波熔接机台100至少包含：负载110、驱动器112、侦测器114和控制模块118。在本实施例中，负载110为超音波换能器，超音波换能器是利用压电陶瓷来将电能转换成机械能，以振动工作物。
驱动器112是用以输出驱动电压来驱动负载110，其中驱动电压的频率为驱动器112所接收的驱动频率。但由于超音波熔接机台100于工作时，负载110的电路特性，例如电感值、电阻值或电容值，会呈现非线性的瞬间变化，负载110所接收的驱动电压的频率也会随着改变，导致负载110的工作电流值也跟着改变。侦测器114用于侦测负载110的工作电流，在本实施例中，驱动器112至少包含一次侧线圈和二次侧线圈，而侦测器114至少包含感测线圈，其中二次侧线圈是电性连接至负载110，而感测线圈是用以侦测负载110上的电流。
控制模块118是用以输出驱动频率至驱动器，并根据侦测器114所测得的工作电流值，来计算工作电流值是否大于预设阈值，提供比较结果。当比较结果为是时，控制模块则以预设扫描时间来依序扫描多数个频段，以获得一正常驱动频率值。然后，控制模块118会将正常驱动频率值输出至驱动器114来使工作电流的电流值小于或等于预设阈值。在本实施例中，控制模块118为现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array；FPGA)和8051单芯片所组成的架构，经由8051单芯片的模拟/数字转换功能，可辨识出工作电流是否超过预设阈值，接着，再将工作电流值与预设阈值的差值输出至FPGA作处理。当超音波熔接机台100开始工作后，FPGA会计算负载110之工作电流值是否大于预设阈值。若比较结果为是，FPGA会以每154微秒来扫描一个频段，总共扫描七个频段，以找出正常驱动频率值。上述的七个频段包含：40600赫兹至40400赫兹，40400赫兹至40300赫兹，40300赫兹至40100赫兹，40100赫兹至40000赫兹，40000赫兹至39800赫兹，39800赫兹至39700赫兹，39700赫兹至39500赫兹，39500赫兹至39400赫兹，39400赫兹至39300赫兹。
由上述的说明可知，本实施例的超音波熔接机台100可控制压电陶瓷的工作频率点稳定于压电材料的谐振点附近，即便压电陶瓷的工作频率点偏移，控制模块118仍可将工作频率点修正回谐振点附近，避免大电流出现于超音波换能器上。
请参照第图2，其是绘示本发明的第二实施例的超音波熔接机台100的控制方法200框图。首先，在步骤202中，利用驱动器112来输出驱动电压至负载110，以驱动负载110。接着，在步骤204中，利用侦测器114来侦测负载110的工作电流，并将测得的工作电流值传送至控制模块118。由于负载110的电子特性可能于超音波熔接机台100工作时改变，因而影响到负载110的工作电流值，因此，在步骤206中，决定工作电流值是否实质大于预设阈值，并提供比较结果。若比较结果为否，则代表负载110的电子特性未产生大量变化，因此进行步骤208，以维持驱动频率的值。若比较结果为是，则代表负载110的电子特性产生大量变化，因比进行步骤210，来利用控制模块118来进行扫频步骤，此扫频步骤是以一预设扫描时间来依序扫描多数个频段，以获得一正常驱动频率值。接着，在步骤212中，将正常驱动频率值输出至驱动器112，以使工作电流的电流值小于或等于预设阈值。
值得一提的是，若不使用控制器来直接提供驱动频率至驱动器，亦可增加震荡电路于本发明的实施例中。当扫频步骤找到正常驱动频率值后，控制器将正常驱动频率值送至振荡器，使振荡器提供正常驱动频率值至驱动器。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。