[发明专利]控制包括欠负载时的压电动力超声波堆的机械激励的幅度的方法

说明书

一种具有压电动力超声波堆的超声波系统，该压电动力超声波堆具有由超声波电源激励的压电超声波转换器。通过将激励压电超声波转换器的运动电压的幅度和激励压电超声波转换器的运动电流的幅度中的一个乘以运动电压和运动电流之间的相位差角的余弦值，控制回路反馈控制器实时确定压电动力超声波堆的末端处的机械激励的真实幅度，包括当压电动力超声波堆为欠负载时，并且控制回路反馈控制器控制超声波电源以控制超声波电源的输出电压和输出电流中的至少一个的输出幅度，使得所确定的压电动力超声波堆的末端的机械激励的真实幅度将会在需要的幅度设定点处。

本申请要求2017年7月19日提交的美国临时申请第62/534,344号的优先权。上述申请的全部公开在此并入作为参考。

技术领域

本公开涉及包括欠负载时的压电动力超声波堆的机械激励的幅度的控制。

背景技术

本部分提供涉及本公开的背景信息，这些信息不一定是现有技术。

通常在例如超声波焊接机的超声波设备中使用的压电动力超声波堆，是这样的超声波堆：其中超声波转换器是压电转换器，通常也称为压电换能器。超声波堆包括通常附接于一个或更多个声音驱动的无源部件上的一个或更多个超声波转换器。然而，应当理解，超声波堆可以仅具有超声波转换器(或多个超声波转换器)，而没有声音驱动的无源部件。通常，超声波堆具有附接于调幅器的超声波转换器和附接于调幅器的超声波焊头。调幅器(booster)和超声波焊头是声音驱动的无源部件。超声波电源提供驱动超声波转换器的电激励。

在压电动力超声波堆中，当运动电压和运动电流彼此同相时–即，当运动电压和运动电流之间的相位差是零时，激励超声波转换器的运动电压的RMS幅度和运动电流的RMS幅度与空气中的超声波堆的末端处的机械激励的RMS振幅成正比。“RMS”是均方根。除非另有说明，这里使用的术语运动电压和运动电流是指激励超声波转换器的运动电压和运动电流，它们都是近似正弦波形。超声波堆的末端通常是超声波焊头的末端，例如超声波焊头尖端通常附接于超声波焊头的末端。应当理解，激励超声波换能器通常也称为驱动超声波换能器。因此，通过控制运动电压的RMS幅度或运动电流的RMS幅度来控制超声波堆的末端处的机械激励的RMS幅度是常见做法。只要用于驱动压电转换器的超声波电源的控制系统保持运动电压和运动电流之间的零相位差，这种用于控制超声波堆的末端处的机械激励的RMS幅度的方法就是精确的。

然而，当在运动电压和运动电流之间存在相位差时–即，当在运动电压和运动电流之间存在非零相位差时，运动电压的RMS幅度和运动电流的RMS幅度与超声波堆的末端处的机械激励的RMS幅度不成比例。通常，特别是当超声波堆欠负载时，无论是重堆负载(heavystack loading)还是负载瞬变，超声波堆末端处的机械激励的RMS幅度受到负载的限制。在这种情况下，运动电压的RMS幅度或运动电流的RMS幅度单独不代表超声波堆的末端处的机械激励的RMS幅度。

如现有技术中已知的，压电动力超声波堆的末端处的机械激励的真实或实际RMS幅度与相位有关，表示为：

或：

其中：

A_RMS＝超声波堆的末端处的机械激励的RMS幅度；

V_RMS＝运动电压的RMS幅度；

I_RMS＝运动电流的RMS幅度；

Ф＝运动电压和运动电流之间的相位角