超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能化測控領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種多頻率超聲波焊接機(jī)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波塑焊是利用超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產(chǎn)生每秒幾萬次的高 頻振動，運(yùn)種高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個焊接的交界面 處聲阻大，因此會產(chǎn)生局部高溫，致使兩個塑料的接觸面迅速烙化，加上一定壓力后，便會 融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，運(yùn)樣就形成一個堅(jiān) 固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波焊接因其快捷、環(huán)保、 清潔等優(yōu)勢已被很多行業(yè)廣泛使用。
[0003] 超聲波設(shè)備電源，不同于其他類型的交流電源，其輸出的正弦波電壓頻率必須和 換能器模具自身的諧振頻率完全同步，否則會使換能器設(shè)備及超聲波電源自身損壞。又由 于換能器模具在受到外界的壓力時頻率也會隨壓力大小隨之改變，運(yùn)就迫切要求測控系統(tǒng) 有更加敏感的測控裝置。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)一般采用自激震蕩放大式工作電路，但是放大式電路的缺點(diǎn)是工作效率 低，放大管發(fā)熱嚴(yán)重，自激震蕩電路的頻率不能外控，難W實(shí)現(xiàn)頻率自動跟蹤，也經(jīng)常出現(xiàn) 停震等現(xiàn)象(即所謂的死波現(xiàn)象）。
[0005] 市場上也有一些應(yīng)用鎖相環(huán)技術(shù)解決了頻率跟蹤問題，但是運(yùn)些技術(shù)都僅僅是解 決了某種設(shè)備的單一問題，其實(shí)還有很多問題需要解決，只是運(yùn)些問題沒有被重視而已，比 如換能器模具空載識別、模具壓力大小檢測、換能器和模具機(jī)械的頻率匹配問題等等，而運(yùn) 些數(shù)據(jù)的識別和測控，往往和設(shè)備節(jié)能和系統(tǒng)是否穩(wěn)定有關(guān)，其實(shí)小問題也大有文章。更為 值得關(guān)注的是市場上的超聲波設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，比如用戶需要更換多種頻率超聲波 換能器時，為此用戶不得不買齊所需產(chǎn)品規(guī)格種類，在增加購買費(fèi)用的同時也給生產(chǎn)維護(hù) 帶來額外的開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的是提供一種多頻率的超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述的主要目的，本發(fā)明提供的超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)包括信號采集電 路，用于采集換能器的物理信號;控制電路，接收信號采集電路輸出的物理信號，控制電路 對物理信號進(jìn)行分析處理;驅(qū)動電路，接收控制電路輸出的指令信號;開關(guān)電源電路，驅(qū)動 電路根據(jù)指令信號驅(qū)動開關(guān)電源電路;諧振匹配電路，接收開關(guān)電源電路輸出的高頻電壓 信號和控制電路輸出的控制信號，諧振匹配電路根據(jù)控制信號對高頻電壓信號進(jìn)行匹配處 理;換能器接收諧振匹配電路輸出的匹配信號，換能器用于將所述匹配信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 [000引由上述方案可見，本發(fā)明的超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)⒉煌l率的換能器模具 在單片機(jī)的測控下，通過切換諧振電容的通斷開關(guān)，完成諧振回路的匹配，讓每一種頻率的 換能器模具都能在完全諧振的情況下正常工作，做到一機(jī)多用，為用戶節(jié)省投入成本。
[0009] -個優(yōu)選的方案是，物理信號包括電流信號、電壓信號和/或相位信號。
[0010] 由上可知，信號采集電路包括負(fù)載的電壓信號和負(fù)載的電流信號，其中電流信號 是通過電流環(huán)采集負(fù)載的電流；電壓信號是通過電阻分壓或者電容分壓的方式獲取的負(fù)載 的電壓信號。
[0011] 一個優(yōu)選的方案是，控制系統(tǒng)還包括顯示電路，顯示電路顯示換能器的信息。
[0012] 由上可知，本發(fā)明的超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)的顯示電路，能夠動態(tài)顯示換能器在 線焊接的頻率、顯示和運(yùn)行焊接時間、壓力時間、模具風(fēng)冷時間，還可W顯示焊接產(chǎn)品的數(shù) 量、超聲波振幅大小W及狀態(tài)告警等內(nèi)容。
[001引一個優(yōu)選的方案是，控制電路包括P歷發(fā)生器，P歷發(fā)生器向驅(qū)動電路輸出第一 PWM信號W及第二PWM信號。
[0014] -個優(yōu)選的方案是，驅(qū)動電路包括第一變壓器W及第二變壓器，PWM發(fā)生器輸出第 一 PWM信號至第一變壓器，PWM發(fā)生器輸出第二PWM信號至第二變壓器;第一變壓器輸出第一 方波信號，第二變壓器輸出第二方波信號，第一方波信號的幅度與第二方波信號的幅度相 同，第一方波信號的相位與第二方波信號的相位相反。
[001引由上可知，控制電路的PWM發(fā)生器及附屬電路輸出兩路P歷信號，運(yùn)兩路信號分別 送到第一驅(qū)動變壓器和第二驅(qū)動變壓器的原邊，由第一驅(qū)動變壓器和第二驅(qū)動變壓器的副 邊輸出兩路大小相等、相位相反的方波信號，運(yùn)兩路信號分別驅(qū)動功率半橋開關(guān)電源電路 的上臂場效應(yīng)管和下臂場效應(yīng)管。
[0016] 一個優(yōu)選的方案是，開關(guān)電源電路包括第Ξ變壓器、第一電容、第二電容、第Ξ電 容、第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管的源極和第二場效應(yīng)管的漏極連接，第一 電容的第一端與第一場效應(yīng)管的源極連接，第一電容的第二端與第Ξ變壓器的原邊連接， 第二電容的第一端與第Ξ電容的第一端連接，第一場效應(yīng)管的漏極和第二電容的第二端分 別接電源端，第二電容的第一端接第Ξ變壓器的副邊，第二場效應(yīng)管的源極和第Ξ電容的 第二端接地。
[0017] 由上可知，由場效應(yīng)管組成的開關(guān)管能夠組成半橋電路或者全橋電路，連接的電 源端為整流高壓308V。
[0018] -個優(yōu)選的方案是，諧振匹配電路包括諧振電感和多個電容組，諧振電感的第一 端與第Ξ變壓器的副邊連接，多個電容組之間并聯(lián)連接，電容組中包括至少一個電容和電 容串聯(lián)連接的開關(guān)，電容組的第一端與諧振電感的第二端連接，電容組的第二端接第Ξ變 壓器的副邊。
[0019] 由上可知，諧振匹配電路的電容組通過開關(guān)的接地和斷開可W形成不同的容量回 路組合，它能夠匹配不同頻率的換能器模具，其中開關(guān)的通斷受控于控制電路。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例中驅(qū)動電路的電路圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例中開關(guān)電源電路的電路圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例中諧振匹配電路的電路圖。
[0024] 圖5是應(yīng)用本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例的方法流程圖。
[0025] W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 參見圖1，圖1為本發(fā)明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施例的系統(tǒng)框圖，本發(fā)明的超聲 波焊接機(jī)控制系統(tǒng)包括信號采集電路1、控制電路2、驅(qū)動電路3、開關(guān)電源電路4、諧振匹配 電路5、換能器6W及顯示電路7,其中控制電路包括PWM發(fā)生器21。信號采集電路1用于采集 換能器6的物理信號;控制電路2接收信號采集電路1輸出的物理信號，控制電路2對物理信 號進(jìn)行分析處理;驅(qū)動電路3接收控制電路輸出的指令信號，驅(qū)動電路3根據(jù)指令信號驅(qū)動 開關(guān)電源電路4;開關(guān)電源電路4輸出高頻電壓信號；諧振匹配電路5接收開關(guān)電源電路4輸 出的高頻電壓信號和控制電路2輸出的控制信號，諧振匹配電路5根據(jù)控制信號對高頻電壓 信號進(jìn)行匹配處理;換能器6接收諧振匹配電路5輸出的匹配信號，換能器6用于將匹配信號 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
[0027] 信號采集電路1，信號采集電路1采集負(fù)載的物理信號，其中物理信號包括電流信 號、電壓信號和/或相位信號，信號采集電路1通過電流環(huán)采集負(fù)載的電流信號，通過電阻分 壓或者電容分壓的方式采集獲取負(fù)載的電壓信號。
[0028] 控制電路2,對信號采集電路1采集的電流信號W及電壓信號進(jìn)行分析和處理，分 析的數(shù)據(jù)包括換能器6的輸入電壓、換能器6的輸出電流、負(fù)載的振幅波動大小、負(fù)載的電流 相位、負(fù)載的電壓相位W及負(fù)載是否在空載等;控制電路2由微處理器W及附屬電路組成， 控制電路2包括PWM發(fā)生器，PWM發(fā)生器及附屬電路輸出兩路PWM信號至驅(qū)動電路3。
[0029] 驅(qū)動電路3,驅(qū)動電路3由第一變壓器B1和第二變壓器B2組成，下面結(jié)合圖2對本發(fā) 明超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施