[发明专利]超音波驱动器及方法

说明书

本公开提供超音波驱动器及方法，用以驱动超音波工具。超音波驱动器包含开关模块、感测元件及控制元件。感测元件是用以感测超音波工具的电压及电流并据此产生感测信号。控制元件接收感测信号并输出控制信号。开关模块依据控制信号输出超音波信号以控制超音波工具振动。在超音波驱动器执行扫频功能时，依据超音波工具在不同操作频率下的电压及电流，控制元件获得超音波工具的频域阻抗特性及共振参考点，并决定操作区间及超音波信号的操作频率。超音波驱动器执行调频追随功能时，控制元件依据感测信号调整操作频率，以使超音波工具的阻抗维持一致。

技术领域

本公开涉及一种超音波驱动器及方法，特别涉及一种用以驱动超音波工具的超音波驱动器及方法。

背景技术

于现今的加工技术中，为加快加工速度并减少加工刀具的损耗，是引入超音波加工。超音波加工除了令刀具旋转外，更使刀具在垂直于加工面的方向上进行高频振动，通过振动对加工件施予锤击与磨蚀的效果，可使加工面产生裂缝或粉碎为细小微粒，让加工面上的材料更易于被移除，借此提升刀具寿命及加工速度。然而，随着超音波工具与刀具不断进行加工作业，受到温度、压力及变形等影响，超音波工具的频域阻抗特性将被改变。换言之，在相同的操作频率下，超音波工具的阻抗及相应的振幅将产生变化，进而影响刀具加工的效果及品质。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的超音波驱动器及方法，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种超音波驱动器及方法，其是用以驱动超音波工具，且在超音波工具的频域阻抗特性发生变化时，超音波驱动器及方法可实时调整超音波工具的操作频率，而使得超音波工具的阻抗维持一致，相应地，超音波工具的振幅亦将维持一致。因此，可确保超音波工具的加工效果及品质。

为达上述目的，本公开提供一种超音波驱动器，其是用以驱动超音波工具。超音波驱动器包含开关模块、感测元件及控制元件。感测元件电连接于开关模块及超音波工具，用以感测超音波工具的电压及电流，并依据电压及电流产生感测信号。控制元件电连接于感测元件及开关模块，以接收感测信号，并输出控制信号至开关模块，其中开关模块依据控制信号输出超音波信号至超音波工具，超音波工具受超音波信号控制而进行振动。在超音波驱动器执行扫频功能时，依据超音波工具在不同操作频率下的电压及电流，控制元件获得超音波工具的频域阻抗特性及共振参考点，并依据共振参考点于频域阻抗特性中决定操作区间及超音波信号的操作频率。在超音波工具以操作频率进行振动时，超音波驱动器执行调频追随功能，控制元件依据感测信号调整操作频率，以使超音波工具的阻抗维持一致，且调整后的操作频率亦落于操作区间内。

为达上述目的，本公开另提供一种超音波驱动方法，用以驱动超音波工具，包含步骤：(a)执行扫频功能，以依据超音波工具在不同操作频率下的电压及电流获得超音波工具的频域阻抗特性及共振参考点，并依据共振参考点于频域阻抗特性中决定操作区间及操作频率；(b)对超音波工具进行特性诊断，若诊断结果存在异常，则控制超音波工具停止运行；(c)决定操作功率；(d)控制超音波工具以操作功率及操作频率进行发振；(e)判断超音波工具的电压及电流是否处于稳态，若判断结果为是，则执行步骤(f)，若判断结果为否，则执行步骤(h)；(f)执行调频追随功能，以通过调整操作频率而使超音波工具的阻抗维持一致，其中调整后的操作频率亦落于操作区间内；(g)判断是否发生系统变异，若判断结果为是，则执行该步骤(h)，若判断结果为否，则执行步骤(f)；以及(h)判断系统变异是否为可控制的，若判断结果为是，则执行步骤(d)，若判断结果为否，则控制超音波工具停止运行。

附图说明

图1为本公开优选实施例的超音波驱动器及超音波工具的电路架构示意图。

图2为图1的超音波工具的频域阻抗特性在初始时及发生偏移后的波形示意图。

图3为图1的超音波工具的等效电路示意图。

图4为本公开优选实施例的超音波驱动方法的流程示意图。

附图标记说明：