[发明专利]具有动态压力控制的超声焊接系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及具有动态压力控制的超声焊接系统。

背景技术

超声焊接是使用超声波声学振动将两个工件熔接在一起的工艺。超声焊接可被用于硬和软塑料两者，例如半晶态塑料，以及金属。典型地，材料被夹在焊接端（也被称为焊头或焊接头）和砧座之间。焊接端施加超声振动至工件，其在接触点附近局部熔化或变形该工件。该局部材料变形是工件吸收振动能量的结果。由于输入能量（其包括振动的频率和振幅）、连接材料的表面特性和施加在期望接缝处的压力，在不相似金属的情况下，通过熔接或共价结合，可形成接缝。

发明内容

用于将第一工件固定至第二工件的超声焊接系统包括焊接组件和布置为邻近焊接组件的加载组件。焊接组件可包括超声控制器、超声换能器和焊接端。超声换能器可被构造为响应从超声控制器接收的电信号而施加超声振动至焊接端。加载组件则可被构造为在焊接端和第一工件之间产生压力载荷，且包括第一促动器和第二促动器。第一促动器被构造为施加基本上恒定的载荷至焊接组件，且第二促动器被构造为施加动态可变载荷至焊接组件。

在一个构造中，第一促动器可为气动促动器，第二促动器可为压电促动器，其可例如与焊接组件布置为串联配置。加载组件可进一步包括压力控制器，且压电促动器可被构造为响应由压力控制器提供的电信号而施加动态可变载荷至焊接组件。压力控制器可被构造为响应提供至超声换能器的电信号的实时功率的指示而提供由压力控制器提供的电信号至压电促动器。在一实施例中，压力控制器可被构造为改变提供至压电促动器的电信号，从而提供给超声换能器的电信号的功率遵循预定功率曲线。

超声控制器可被构造为改变提供至超声换能器的电信号的功率，从而超声换能器产生具有基本恒定频率的超声振动。超声振动可具有约5KHz至约100KHz范围内的频率。类似的，由压力控制器提供的电信号可被以高于超声振动的频率两倍的速率更新。

附加地，用于进行具有动态焊接压力控制的超声焊接操作的方法可包括促动第一促动器以移动超声焊接组件的焊接端使之与工件接触，和在焊接端和工件之间施加压力载荷。固定频率超声振动则可通过给耦合至焊接端的超声换能器提供具有可测量功率的电信号而在焊接端内产生。电信号的实时功率可被监测，且第二促动器可响应电信号的被监测实时功率而被促动。第二促动器的促动可被配置为改变焊接端和工件之间的压力载荷。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是包括焊接组件和夹持组件的超声焊接系统的示意性侧视图；

图2是如图1中提供的区域“图2”的放大图；

图3是在超声焊接过程中的实际和期望焊接功率的图表；

图4是用于利用动态压力控制执行超声焊接操作的方法的示意性流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相似的标号被用于在各个视图中标识相似或相同的部件，图1示意性地示出了超声焊接系统10，其被构造为在靠近超声焊接端16的区域将第一工件12焊接至第二工件14。在一种构造中，工件12、14可为大致薄规格金属板。在其它构造中，工件12、14可为线或塑料部件。

在焊接过程中，焊接端16可施加横向压力载荷18或法向力至第一工件12。在一种构造中，压力载荷18可将第一工件12挤压或夹持在第二工件14上。在其它构造中，副夹持装置可被用于将工件12、14相对于彼此保持在临时刚性配置中，同时进行焊接。砧座20可被布置在工件配置12、14的与焊接端16相对的那侧上，且可防止施加的压力载荷18弯曲或以其它方式变形工件12、14。换另一方式说，工件12、14可被夹在焊接端16和砧座20之间。

超声换能器24可沿大致与第一工件12的表面28共面的方向施加周期性的振动性运动26至焊接端16。更具体地，振动性运动26可为沿表面28的大致线性振动。振动性运动26可具有约5KHz至约100KHz范围内的基本恒定的周期频率。例如，在其中工件是金属件的具体实例中，振动性运动26的频率可为约20KHz。