[发明专利]具有压电式力传感器的超声波加工系统

说明书

本发明涉及一种用于材料(20)的超声波加工的装置，所述装置具有：超声波加工系统，所述超声波加工系统包括超声发生器、转换器(12)、超声焊极(16)以及对应工具(18)和进给单元，其中所述超声焊极(16)和所述对应工具(18)能够借助于所述进给单元而朝向彼此或远离彼此移动，其中提供了力传感器(32)，利用所述力传感器能够测量所述超声波加工系统在待加工的材料(20)上施加的作用力。为了提供允许更大的加工速度的相应的超声波加工装置，根据本发明提出所述力传感器(32)是压电式传感器，所述压电式传感器的输出借助电荷放大器被转换成电压，并且提供了控制设备，所述控制设备在所述超声加工不在执行材料加工时将所述压电式传感器短路，或者将时变的力补偿值添加到由所述压电式传感器测得的值。

技术领域

本发明涉及一种用超声波加工系统来对材料进行加工的装置。

背景技术

超声波加工系统具有超声发生器、转换器、超声焊极和对应工具。在许多情况下，振幅变换器附加地被布置在转换器与超声焊极之间。

超声发生器生成交流电压，该交流电压借助转换器被转换成声学超声波振动，其频率与超声焊极相适配以使得其进入谐振状态。为了加工期望的材料，这些材料被布置在超声焊极与对应工具之间。由超声波振动激励的超声焊极随后将材料压在对应工具上并且对其进行加工。

特别是在加工材料薄片时，超声焊极和/或对应工具配备有基本上呈圆柱形或部分圆柱形并且在加工操作期间绕圆柱轴旋转的密封表面。在这种情况下，圆柱形或部分圆柱形密封表面的圆周速度通常与材料进给速度一致。

通常，超声焊极和/或对应工具具有相应的承载表面，该承载表面具有例如突出在承载表面上方的凸起部分的结构。该结构的顶侧然后形成上述密封表面。在加工材料时，该结构被转移到材料中。

因此，例如，凸起部分可以是细长的或肋状的构造并且在密封表面上沿轴向延伸。应当理解，其他形式的凸起部分(例如点状或圆形的凸起部分)也是可能的。

下面借助于对应工具上的凸起部分的示例来描述本发明。然而，应当理解，替代地或附加地，该凸起部分可被设置在超声焊极上。应当理解，提供多个凸起部分也是可能的。在加工期间，每当振动的超生焊极通过材料在凸起部分上施加作用力时都将产生密封效果。

作为示例，可伴随相对于材料薄片横向延伸的细长凸起部分按上述方式在材料薄片中产生横向密封接缝。每当被布置在对应工具上的细长凸起部分被布置成与超声焊极相对时，横向密封接缝随后被产生。

然而，凸起部分的使用还具有这样的结果，即在对应工具的旋转期间，每当凸起部分被定位成与超声焊极相对时，由超声焊极通过材料施加在对应工具上的作用力突然增加。这涉及振动系统被耦合到对应工具。超声焊极的振动由此被衰减，并且超声焊极的固有频率被改变。

为了取得尽可能均匀的焊接结果，有必要在焊接操作期间(即，在凸起部分与待加工的材料相接触时)维持恒定的预定焊接力。然而，鉴于焊接力可能不仅由于材料厚度的波动，而且还由于超声波振动系统的热膨胀而发生变化，所以已知的系统具有力传感器，该力传感器借助应变仪测量通过超声焊极或对应工具施加到材料薄片的作用力。所测得的作用力随后可与期望的参考值进行比较，并且如果在实际值与参考值之间检测到偏差，则超声焊极的相对位置可借助进给单元来适配，以使得焊接力被增加或减小，这取决于实际值与参考值之间的偏差结果如何。

在这方面，控制系统能够非常可靠地对系统中的逐渐变化(例如温度变化和与其相关联的超声焊极的长度变化)作出反应。

然而，尤其是在突然变化的情况下，对控制动作施加了限制。具体而言，在负载变化的情况下(即，每当凸起部分与材料形成加工接合时)，焊接力突然改变。

因此，在DE 10 2006 020 417中已提出根据加工过程来确定工艺参数，并且以这种方式被确定的工艺参数与控制系统的调整参数相关联。