超声波发生器及校准其工作频率的方法和焊接设备与流程

1.本发明涉及数控加工技术领域，尤其是涉及一种校准超声波发生器工作频率的方法、超声波发生器和焊接设备。


背景技术：

2.新冠病毒已经全球爆发，防疫用品例如口罩的需求量急剧增加，通过控制超声波发生器产生目标谐波频率的超声波，用于口罩焊接，如图1所示，为本发明一个实施例的超声波发生器的控制方法的流程图。步骤s1’获取超声波发生器的当前谐振频率对应的极限速度和数控加工的当前线速度；步骤s2’根据当前谐振频率获取目标谐振频率，其中，目标谐振频率的频率高于当前谐振频率的频率；步骤s3’在当前线速度大于或等于极限速度时，保持当前线速度，控制超声波发生器产生目标谐振频率的超声波。采用超声波发生器的控制方法，在目标谐波频率的频率值大于当前谐振频率时，目标谐波频率的极限速度也大于当前谐振频率的极限速度，控制超声波发生器输出目标谐振频率的超声波，可以使得当前线速度小于目标谐振频率的极限速度。
3.但是，超声波发生器工作一定时间后其超声波频率会掉下，造成超声波无法焊接口罩，口罩产量出现下降。其根本原因为超声波发生器与换能器之间缺少自动频率跟踪策略，换能器在工作一段时间后谐波频率发生变化，超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种校准超声波发生器工作频率的方法，该方法可以解决超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
5.本发明的第二个目的在于提出一种超声波发生器。
6.本发明的第三个目的在于提出一种焊接设备。
7.为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种校准超声波发生器工作频率的方法，该方法包括：接收到校准触发指令；根据所述校准触发指令确定目标校准模式，其中，所述校准模式包括自动校准模式、追踪校准模式和手动校准模式中的至少一项；控制超声波发生器运行所述目标校准模式，获得所述超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率；控制所述超声波发生器在所述目标工作频率工作。
8.根据本发明实施例的校准超声波发生器工作频率的方法，通过控制超声波发生器运行目标校准模式，调整超声波发生器的工作频率，使超声波发生器的工作频率与换能器的谐振功率匹配，并获得超声波发生器的目标工作频率，通过增加超声波发生器与换能器之间自动频率跟踪策略，对超声波发生器的工作频率进行自动调整，使超声波发生器和换能器自动保持最佳的工作频点，避免换能器在工作一段时间后谐振频率发生变化，超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
9.在一些实施例中，控制超声波发生器运行所述目标校准模式，获得所述超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率，包括：所述目标校准模式为自动校准模式；固定所述超声波发生器的工作频率在预设频率点，从校准功率阈值开始按照第一预设功率步长逐渐调整所述超声波发生器的工作功率，直至所述换能器输出功率为谐振功率，确定所述产生波发生器的工作功率为目标工作功率；以所述目标工作功率为初始工作功率，调整所述超声波发生器的工作频率，获得所述超声波发生器的输出电流或输出功率的第一峰值点，根据所述第一峰值点获得所述目标工作频率。超声波发生器为自动校准模式时，通过调整超声波发生器的工作频率，获取超声波发生器的输出电流或输出功率，实现获取超声波发生器的目标频率。
10.在一些实施例中，以所述目标工作功率为初始工作功率，调整所述超声波发生器的工作频率，获得所述超声波发生器的输出电流或输出功率的第一峰值点，根据所述第一峰值点获得所述目标工作频率，包括：以所述目标工作功率为初始工作功率，按照第一预设频率步长控制所述超声波发生器的工作频率递增，若所述超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应所述超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的频率为第一参考工作频率；所述超声波发生器的输出电流或输出功率递减，以所述第一参考工作频率为初始工作频率，按照第二预设频率步长控制所述超声波发生器的工作频率递减，若所述超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应所述超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的前一点为所述第一峰值点，获得对应所述第一峰值点的频率为所述目标工作频率；其中，所述第二预设频率步长小于所述第一预设频率步长。
11.在一些实施例中，控制超声波发生器运行所述目标校准模式，获得所述超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率，包括：所述目标校准模式为追踪校准模式；获取上一次校准后的目标工作频率的获取步骤；以所述上一次校准后的目标工作频率为初始工作点，逐渐调整所述超声波发生器的工作频率，获得所述超声波发生器的输出电流或输出功率的第二峰值点，根据所述第二峰值点获得本次的目标工作频率的调整步骤；重复所述调整步骤。
12.在一些实施例中，所述调整步骤包括：以所述上一次校准后的目标工作频率为初始工作频率，按照第三预设频率步长控制所述超声波发生器的工作频率递增，若所述超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应所述超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的频率为第二参考工作频率；所述超声波发生器的输出电流或输出功率递减，以所述第二参考工作频率为初始工作频率，按照第四预设频率步长控制所述超声波发生器的工作频率递减，若所述超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应所述超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的前一点为所述第二峰值点，获得对应所述第二峰值点的频率为所述本次的目标工作频率；其中，所述第四预设频率步长小于所述第三预设频率步长。
13.在一些实施例中，控制超声波发生器运行所述目标校准模式，获得所述超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率，包括：所述目标校准模式为手动校准模式；获取所述自动校准模式下获得的目标工作频率，以作为参考工作频率；根据输入指令调整所述参考工作频率，以获得所述目标工作频率。
14.在一些实施例中，所述方法还包括：获取所述超声波发生器的目标工作频率的变
化曲线；根据所述超声波发生器的目标工作频率的变化曲线和所述换能器的谐振频率参考曲线判断所述换能器的使用寿命；所述换能器的使用寿命超过寿命阈值时，进行更换提醒。
15.为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出的一种超声波发生器，该超声波发生器包括：器体和超声波发生模块；设置在所述器体上的控制面板；校准模式选择模块，设置在所述控制面板上，用于接收校准触发指令；主控板，与所述校准模式选择模块连接，用于执行上面实施例所述的校准超声波发生器工作频率的方法。
16.根据本发明实施例的超声波发生器，基于校准模式选择模块接收校准触发指令，通过主控板实现上面实施例提到的校准超声波发生器工作频率的方法，使超声波发生器的工作频率与换能器的谐振功率匹配，通过增加超声波发生器与换能器之间自动频率跟踪策略，对超声波发生器的工作频率进行自动调整，使超声波发生器和换能器自动保持最佳的工作频点，避免超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
17.在一些实施例中，所述校准模式选择模块包括以下至少一项：自动校准触发单元，与所述主控板连接，用于接收自动校准模式的触发指令；追踪校准触发单元，与所述主控板连接，用于接收追踪校准模式的触发指令；手动校准触发单元，与所述主控板连接，用于接收手动校准模式的触发指令。
18.在一些实施例中，所述超声波发生器还包括：显示模块，与所述主控板连接，用于显示所述超声波发生器的目标工作频率和目标工作功率；提示模块，与所述主控板连接，用于提示当前校准模式或者进行故障提示。根据提示模块例如led指示灯闪烁，提示用户当前校准模式或者进行故障提示，方便知晓超声波发生器的工作模式以及故障状态。
19.在一些实施例中，所述超声波发生模块包括：高压开关电源板和电源；超声波输出模块和发波控制模块，所述发波控制模块与所述超声波输出模块连接，用于控制所述超声波输出模块的输出。
20.在一些实施例中，所述超声波发生器还包括用于调试的测试接口。测试接口用于超声波发生器的调试。
21.为了达到上述目的，本发明的第三方面实施例提出的一种焊接设备，该设备包括：上面实施例所述的超声波发生器；换能器，所述换能器与所述超声波发生器连接，所述换能器与所述超声波发生器发生谐振以进行超声波焊接。
22.根据本发明实施例的焊接设备，将超声波发生器和换能器发生谐振进行超声波焊接，使超声波发生器和换能器自动保持最佳的工作频点，通过增加超声波发生器与换能器之间自动频率跟踪策略，避免超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1是相关技术中超声波发生器控制方法的流程图；
26.图2是根据本发明一个实施例的校准超声波发生器工作频率的方法的流程图；
27.图3是根据本发明一个实施例的超声波发生器在自动校准模式下的流程图；
28.图4是根据本发明一个实施例的超声波发生器在追踪校准模式下的流程图；
29.图5是根据本发明一个实施例的超声波发生器的框图；
30.图6是根据本发明一个实施例的超声波发生器的框图；
31.图7是根据本发明一个实施例超声波发生器的控制面板的示意图；
32.图8是根据本发明一个实施例的超声波发生模块的框图；
33.图9是根据本发明一个实施例的焊接设备的框图。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
35.在实施例中，超声波发生器输出电流或输出功率至换能器，换能器与超声波发生器发生谐振，超声波发生器产生超声波，该超声波用于口罩焊接，通过控制超声波发生器的运行模式，获取特定模式下超声波发生器和换能器的谐振工作频率，使超声波发生器与换能器之间能够自动进行频率跟踪策略，避免换能器在工作一段时间后谐振频率发生变化，造成超声波发生器与换能器之间的频率不匹配，出现口罩无法焊接的问题。
36.下面参考图2-图4描述根据本发明第一方面实施例的校准超声波发生器工作频率的方法，如图2所示，本发明实施例的校准超声波发生器工作频率的方法至少包括步骤s1、步骤s2、步骤s3和步骤s4。
37.步骤s1，接收到校准触发指令。
38.在实施例中，超声波发生器在每次上电时，都需要进行自动校准，按下超声波发生器上的表示校正模式的开关，超声波发生器接收到校准触发指令，校准灯亮起，表明超声波发生器进入校准状态。
39.步骤s2，根据校准触发指令确定目标校准模式，其中，校准模式包括自动校准模式、追踪校准模式和手动校准模式中的至少一项。
40.在实施例中，超声波发生器的目标校准模式可以分为自动校准模式、追踪校准模式以及手动校准模式中的一种或者多种，超声波发生器在接收到校准触发指令后，确定该指令对应的目标校准模式，并执行步骤s3。
41.步骤s3，控制超声波发生器运行目标校准模式，获得超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率。
42.在实施例中，超声波发生器在目标校准模式下运行，例如确定超声波发生器处于自动校准模式，则控制超声波发生器在自动校准模式下运行，超声波发生器在该模式下运行时，通过调整超声波发生器的工作频率，确定超声波发生器与换能器频率匹配时，超声波发生器的目标工作频率，即通过调整超声波发生器的工作频率，使超声波发生器与换能器之间的频率可以自动跟随，从而获得超声波发生器与换能器产生谐振的目标工作频率，避免超声波发生器在原来的控制频率上无法达到换能器的目标谐振工作频率，导致超声波发生无法正常焊接，需要重新校正换能器的最佳工作谐振频率。
43.步骤s4，控制超声波发生器在目标工作频率工作。
44.在实施例中，获取超声波发生器的目标工作频率后，控制超声波发生器在目标工作频率下工作，在目标工作频率下，超声波发生器发出的超声波可以实现焊接。
45.根据本发明实施例的校准超声波发生器工作频率的方法，通过控制超声波发生器运行目标校准模式，调整超声波发生器的工作频率，使超声波发生器的工作频率与换能器的谐振功率匹配，并获得超声波发生器的目标工作频率，通过增加超声波发生器与换能器之间自动频率跟踪策略，对超声波发生器的工作频率进行自动调整，使超声波发生器和换能器自动保持最佳的工作频点，避免换能器在工作一段时间后谐振频率发生变化，超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
46.在一些实施例中，控制超声波发生器运行目标校准模式，例如控制目标校准模式为自动校准模式时，需要进行功率校准，固定超声波发生器的工作频率在预设频率点例如最大电流/功率以及频率处，从校准功率阈值例如最小校准功率阈值开始，按照第一预设功率步长逐渐调整超声波发生器的工作功率，即第一预设功率步长2％，每步5ms逐渐调整超声波发生器的工作频率，将调整的工作频率输出至换能器，直至换能器输出功率为谐振功率例如换能器输出功率为2000w时的功率，确定此时波发生器的工作功率为目标工作功率，即超声波发生器的最佳功率值。
47.确定超声波发生器的目标工作功率后，以目标工作功率为初始工作功率，调整超声波发生器的工作频率，例如以步长1hz，每步5ms进行调整，在调整过程中，获得超声波发生器的输出电流或输出功率的第一峰值点，即确定超声波发生器的峰值功率，根据第一峰值点获得超声波发生器的目标工作频率，并将该目标工作频率作为超声波发生器新的工作频率。
48.在一些实施例中，以目标工作功率为初始工作功率，调整超声波发生器的工作频率，获得超声波发生器的输出电流或输出功率的第一峰值点，根据第一峰值点获得所述目标工作频率，包括以超声波发生器的目标工作功率为初始工作功率，按照第一预设频率步长控制超声波发生器的工作频率递增，超声波发生器的输出电流或输出功率递增，并在超声波发生器的输出电流和输出功率递增时，继续检测超声波发生器的输出电流或输出功率，确定对应超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的频率为第一参考工作频率，即超声波发生器的输出电流或输出功率开始减小出现反转时的下降点的频率。
49.超声波发生器的输出电流或输出功率递减，以第一参考工作频率为初始工作频率，按照第二预设频率步长控制超声波发生器的工作频率递减，若超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的前一点为第一峰值点，按照不同预设频率步长对超声波发生器的工作频率的增加或减小进行控制，通过多次调整确定超声波发生器的第一峰值点，并获得对应第一峰值点的频率为超声波发生器目标工作频率，其中，第二预设频率步长小于第一预设频率步长。
50.举例说明，超声波发生器开机时，进行自动校正，扫频过程中读取每一次开机的状态，例如经过多次工作后换能器的工作频率是否有变化，在工作频率发生变化时，换能器模头产生的压力会造成每次超声波发生器开机校正频率发生变化。
51.下面参考图3描述本发明实施例的超声波发生器在自动校准模式下的工作过程，如图3所示，为本发明一个实施例超声波发生器在自动校准模式下的流程图。
52.步骤s21，超声波发生器进入自动校正模式。
53.步骤s22，固定超声波发生器的工作频率在预设频率点。
54.步骤s23，从校准功率阈值开始按照第一预设功率步长2％，每步5ms，逐渐调整超
声波发生器的工作功率，直至换能器输出功率为谐振功率，确定产生波发生器的工作功率为目标工作功率。
55.步骤s24，校正完成。
56.在一些实施例中，超声波发生器运行目标校准模式，例如目标校准模式为追踪校准模式，追踪校准模式时，自动灯亮起，表明超声波换能器进入该模式，频率调整范围不能超出20000
±
500hz，通过获取上一次校准后的目标工作频率的获取步骤，以上一次校准后的目标工作频率为初始工作点，以步长1hz，每步5ms逐渐调整超声波发生器的工作频率，获得超声波发生器的输出电流或输出功率的第二峰值点，根据第二峰值点获得本次的目标工作频率的调整步骤，重复调整超声波发生器的工作频率的步骤，保证超声波发生器自动保持最佳的工作频点。
57.在一些实施例中，超声波发生器运行追踪校准工作模式时，以上一次校准后的目标工作频率为初始工作频率，按照第三预设频率步长控制超声波发生器的工作频率递增，所超声波发生器的输出电流或输出功率递增，超声波发生器的输出电流或输出功率递增时，继续检测超声波发生器的输出电流或输出功率的变化，若输出电流或输出功率减小，则确定对应超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的频率为第二参考工作频率；超声波发生器的输出电流或输出功率递减，以第二参考工作频率为初始工作频率，按照第四预设频率步长控制超声波发生器的工作频率递减，若超声波发生器的输出电流或输出功率递增，确定对应超声波发生器的输出电流或输出功率反转下降点的前一点为第二峰值点，获得对应第二峰值点的频率为本次的目标工作频率，按照不同预设频率步长对超声波发生器的工作频率的增加或减小进行控制，通过多次调整确定超声波发生器的第二峰值点，并获得对应第二峰值点的频率为超声波发生器目标工作频率，其中，第四预设频率步长小于所述第三预设频率步长。在追踪校准模式时，根据每次工作时压力产生的工作电流趋势增加或减少频率来自动保持最佳的工作频点，可以让换能器模头不因外部因数改变后的工作频率而焊接不上。
58.下面参考图4描述本发明实施例的超声波发生器追踪校准模式下的工作过程，如图4所示，为本发明一个实施例的超声波发生器在追踪校准模式下的流程图。
59.步骤s31，超声波发生器进入追踪校准模式。
60.步骤s32，获取上一次校准后的目标工作频率。
61.步骤s33，以上一次校准后的目标工作频率为初始工作点，步长1hz，每步5ms逐渐调整超声波发生器的工作频率，获得超声波发生器的输出电流或输出功率的第二峰值点，根据第二峰值点获得本次的目标工作频率的调整步骤。
62.步骤s34，根据频率检测反馈，不断重复步骤s33。
63.在一些实施例中，自动校准模式完成后，控制超声波发生器运行目标校准模式，例如目标校准模式为手动校准模式，获取自动校准模式下获得的目标工作频率，以作为参考工作频率，最佳频率值设置为当前手动工作频率，
±
500hz作为自动工作模式的扫频范围，根据输入指令调整参考工作频率，以获得目标工作频率，
±
20％作为自动工作模式功率调整范围，显示当前校正后的频点及功率。
64.在一些实施例中，获取超声波发生器的目标工作频率的变化曲线；根据超声波发生器的目标工作频率的变化曲线和换能器的谐振频率参考曲线判断换能器的使用寿命，从
两个曲线的变化趋势，判断换能器的使用寿命超过寿命阈值时，在达到寿命阈值时，进行更换提醒。
65.总而言之，根据本发明实施例的校准超声波发生器工作频率的方法，通过控制超声波发生器运行目标校准模式，调整超声波发生器的工作频率，使超声波发生器的工作频率与换能器的谐振功率匹配，并获得超声波发生器的目标工作频率，通过增加超声波发生器与换能器之间自动频率跟踪策略，对超声波发生器的工作频率进行自动调整，使超声波发生器和换能器自动保持最佳的工作频点，避免换能器在工作一段时间后谐振频率发生变化，超声波发生器在原来的控制频率上无法焊接的问题。
66.下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例的超声波发生器。
67.图5是根据本发明一个实施例的超声波发生器的框图，如图5所示，超声波发生器1包括器体10、超声波发生模块11、设置在器体10上的控制面板12、校准模式选择模块13和主控板14。
68.其中，校准模式选择模块13设置在控制面板12上，用于接收校准触发指令；主控板14与校准模式选择模块13连接，用于执行上面实施例提到的校准超声波发生器工作频率的方法。
69.根据本发明实施例的超声波发生器1，基于校准模式选择模块13接收校准触发指令，通过主控板14实现上面实施例提到的校准超声波发生器工作频率的方法，使超声波发生器1的工作频率与换能器的谐振功率匹配，通过增加超声波发生器1与换能器之间自动频率跟踪策略，对超声波发生器1的工作频率进行自动调整，使超声波发生器1和换能器自动保持最佳的工作频点，避免超声波发生器1在原来的控制频率上无法焊接的问题。
70.在一些实施例中，如图6所示，为本发明一个实施例的超声波发生器的框图。校准模式选择模块13包括以下至少一项，自动校准触发单元15与主控板14连接，用于接收自动校准模式的触发指令；追踪校准触发单元16与主控板14连接，用于接收追踪校准模式的触发指令；手动校准触发单元17与主控板14连接，用于接收手动校准模式的触发指令。校准模式选择模块13接收到的相应的触发指令，主控板14根据接收的相应的触发指令控制超声波发生器运行相应的目标校准模式，实现超声波发生器的功率调整。
71.在一些实施例中，如图6所示，超声波发生器1还包括显示模块18和提示模块19，显示模块18与主控板14连接，通过各联接线束组成，显示模块18用于显示超声波发生器1的目标工作频率和目标工作功率，方便对超声波发生器当前的目标工作频率和目标工作功率进行调整；提示模块19与主控板14连接，用于提示用户当前校准模式或者进行故障提示，方便知晓超声波发生器的工作模式以及故障状态。
72.举例说明，如图7所示，为本发明一个实施例的超声波发生器的控制面板的示意图。显示模块18例如lcd显示器可以显示超声波发生器1的目标工作频率和目标工作功率，提示模块19例如led指示灯根据led指示灯闪烁，提示超声波发生器1当前校准模式，以及在超声波发生器1出现故障时进行故障提示。
73.在一些实施例中，如图8所示，为本发明一个实施例的超声波发生模块的框图。超声波发生模块11包括高压开关电源板110和电源120，电源120控制高压开关电源板110的供电。超声波输出模块130和发波控制模块140，发波控制模块140通过可以调节发波时间，以及，发波控制模块140与超声波输出模块130连接，用于控制超声波输出模块130的输出，通
过控制超声波输出模块130的输出实现超声波焊接。以及，高压开关电源板110与主控板14分开，可以有效降低超声波发生器1的故障率。
74.在一些实施例中，所述超声波发生器1还包括用于调试的测试接口，测试接口用于超声波发生器1的调试。
75.总的来说，本实施例中超声波发生器1的各个模块集成度高，信号显示全面，且各个模块通信简单，维护和更换都更加方便。
76.下面参照附图描述根据本发明第三方面实施例的焊接设备。
77.图9是根据本发明一个实施例的焊接设备的框图，如图9所示，焊接设备3包括上面实施例提到的超声波发生器1和换能器4，其中，换能器4与超声波发生器连接1，换能器4与超声波发生器1发生谐振以进行超声波焊接。
78.根据本发明实施例的焊接设备3，将超声波发生器1和换能器4发生谐振进行超声波焊接，使超声波发生器1和换能器4自动保持最佳的工作频点，通过增加超声波发生器4与换能器4之间自动频率跟踪策略，避免超声波发生器4在原来的控制频率上无法焊接的问题。
79.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
80.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。