[發明專利]振動焊接系統

有效

• 申請號: 201110253624.0
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102336020A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: L·克林斯坦;E·帕拉特尼克
• 申請（專利權）人: 杜凱恩公司
• 主分類號: B29C65/06
• 分類號: B29C65/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;蔣駿

技術領域

本發明涉及振動焊接，并且特別地涉及用于振動焊接的電子驅動系統。

背景技術

線性振動焊接機在工業中使用以便通過產生一個部件相對于另一個部件的線性振蕩運動來焊接兩個塑料部件。在用力將部件壓在一起時，振蕩運動產生熱量，其熔融塑料部件的鄰近表面并且在部件冷卻之后產生焊接。

一個部件相對于另一個部件的振動移動是通過定位在焊接機的可移動部件和固定部件之間的兩個電磁體產生的。兩個電磁體沿相同坐標線，但以相反方向施加力。電磁體以180°相移激勵，以使得當第一電磁體被激勵時，第二電磁體是去激勵的。相反地，當第二電磁體被激勵時，第一電磁體是去激勵的。

所希望的是將激勵循環的頻率保持在焊接機的可移動的機械部件的諧振頻率；以便允許將最大能量傳遞到要被焊接的部件。還希望控制施加給電磁體的能量，以便在焊接期間保持希望的塑料熔融水平。

控制電磁體的以前的方法實現在激勵/去激勵循環之間180°相移(參見例如美國專利號7,520,308)，但它們仍具有缺點。例如，當三相輸出驅動用來控制兩個電磁體時，其中的兩相用來驅動兩個電磁體，并且兩個電磁體具有連接到第三相的共用線。因此使第三相被加載第一或第二相的兩倍那樣多，其施加壓力于第三相控制元件(通常為IGBT晶體管)。而且，激勵和去激勵的總時限是固定的，而PWM用來控制遞送給每個電磁體的能量的數量，因為PWM控制器是以三相電動機控制的標準驅動解決方法。但其具有慢響應時間的缺點，受PWM控制器的頻率限制。此外，針對該應用使用PWM控制器引起輸出功率元件(IGBT晶體管)的過度切換，其接著又導致不需要的功率損失、過度電氣噪聲和較低的系統可靠性。

測量可移動的機械系統的諧振頻率的以前的方法涉及頻率掃描。在掃描模式中，將相當低的電壓(通常最大值的10％-25％)施加給電磁體并且使頻率以小的增量(通常0.1Hz)從機器的操作范圍(通常從200Hz到240Hz)的最低頻率到最高頻率步進。當頻率步進時，監視振幅反饋和/或驅動電流輸出。諧振頻率被確定為具有最高振幅反饋和/或最低電流輸出驅動的頻率。一旦確定諧振頻率的值，就將其存儲在控制模塊(通常為可編程邏輯控制器或PLC)的存儲器中并且被傳到驅動器作為其固定操作頻率。限定諧振頻率的該方法是相當準確的，但具有一些固有缺點。首先，其需要操作員記得轉向“調諧”模式來掃描該頻率，其在制造環境中常常被遺忘。其次，過程本身是相當耗時的并且將占用3-5分鐘，其在高體積生產環境中也是不希望的。第三，掃描路線選擇不解決在高體積和高負載類型應用中機器和工具變熱的問題。當機器和其組件變熱時，諧振頻率下降。如果沒有發現新的諧振頻率，則機器將離開其最佳機械諧振，并且因此汲取更多的電流，從而產生更多的熱量并且在其關鍵組件上引起更大應力。雪崩效應(或失控狀況)將出現。為了對這補救，操作員不得不每個小時左右運行頻率掃描，這再次損害制造效率。

控制焊接過程的以前的方法基于使用PLC。通過PLC監視并控制焊接部件的線性位置和在焊接期間各焊接部件之間的壓力?；趶膫鞲衅鳙@得的信息，通過PLC控制提升平臺和接合焊接部件的液壓缸。當PLC具有所有必要的輸入/輸出通道以便提供這樣的控制時，其響應時間是相當緩慢的(通常從5ms到20ms)，這會影響焊接過程的可重復性和精確性。

發明內容

本公開提供一種通過實現第一工件相對于第二工件的往復移動而且將工件推進到一起來焊接第一和第二工件的振動焊接系統。該振動焊接系統包括第一和第二工件支架，其中第一工件支架被安裝以用于相對于第二工件支架進行往復移動。將一對電磁體耦合到第一工件支架來實現第一工件支架的往復移動，并且將電氣驅動系統耦合到電磁體來連續地激勵和去激勵彼此有相位差的電磁體以實現第一工件支架的往復移動。驅動系統包括：DC電流源；多個可控制的電子開關裝置，其用于可控地將該源耦合到每一個電磁體并且從每一個電磁體去耦合該源；電流傳感器，其耦合到電磁體并且產生表示供應給電磁體的電流的信號；以及控制電路，其耦合到電子開關裝置并且接收由電流傳感器產生的信號以便使該開關裝置接通和關斷，從而控制電磁體的激勵和去激勵以實現第一工件支架的往復移動。

在一個實施例中，第一工件支架是具有振動的諧振頻率的可移動的機械系統的一部分，將控制電路編程為保持對于激勵和去激勵每一個電磁體的每個連續循環的預先選擇的時間段，并且該預先選擇的時間段對應于可移動的機械系統的諧振頻率。