[發明專利]具有薄膜傳感器的振動焊接系統

有效

• 申請號: 201310183464.6
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103418906A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: W.W.蔡;J.A.埃布爾;X.C.李;H.李;H.S.崔;J.Z.趙
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司;威斯康星校友研究基金會
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/26;B29C65/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛青

技術領域

本發明涉及具有一個或多個薄膜傳感器的振動焊接系統。

背景技術

在振動焊接過程中，使用高頻率振動能量使被夾持的工件的鄰近表面被聯接。振動能量傳播通過被夾持工件材料，產生沿相接工件表面的摩擦和熱。熱使相接表面軟化，所述相接表面最終在冷卻時聯接在一起，以形成焊接接合部。

振動焊接系統包括各種相互相連接的焊接裝置。在相互相連接的焊接裝置中最重要的是振動超聲發生器/焊接觸針和砧組件。砧組件可包括砧和背板，其中砧經由背板栓接或者附接至剛性支撐構件。工件被夾持在觸針和砧的工作表面之間。進而響應于來自焊接控制器/電源的高頻率輸入而使得觸針以經校準的頻率和振幅振動。

發明內容

這里公開了一種振動焊接系統，其在振動焊接過程中使用至少一個薄膜傳感器。該系統包括砧、焊接觸針、薄膜傳感器或多個這樣的傳感器，以及過程控制器。砧和焊接觸針具有各自的第一和第二工作表面，即在振動焊接過程中接觸被夾持的工件的表面。每個薄膜傳感器相對于系統中的一個工作表面定位。傳感器測量工作表面處的控制值，例如溫度/熱流值。傳感器將測得的控制值傳送至過程控制器。控制器配置為部分地使用測得的控制值控制振動焊接系統。

另外，用于振動焊接系統中的組件包括焊接裝置，所述焊接裝置具有：在振動焊接過程期間接觸工件的工作表面；至少一個薄膜傳感器，其相對于工作表面定位；和過程控制器，其與傳感器（一個或多個）通信。每個薄膜傳感器測量工作表面處的控制值，并將測得的控制值傳送至過程控制器。過程控制器則部分地使用測得的控制值控制振動焊接系統。

還公開了一種振動焊接方法，其包括提供具有槽（一個或多個）的焊接裝置，每個槽裝置為鄰近焊接裝置的工作表面。該方法進一步包括將薄膜傳感器插入相應的其中一個槽中，進而使用被插入的薄膜傳感器來測量工作表面處的控制值。該方法進一步包括將測得的控制值傳送至過程控制器，隨后部分地使用該測得的控制值控制振動焊接系統。

本發明的上述特征和優勢及其他特征和優勢將從用于實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。

附圖說明

圖1是使用一個或多個如這里所述的薄膜傳感器的振動焊接系統的示意圖；

圖2是可用于圖1的振動焊接系統的示例焊接砧（anvil）的示意性圖示；

圖3是圖2中示出的焊接砧的另一個示意性圖示；

圖4是可用于圖1的振動焊接系統內的薄膜傳感器的示例傳感器布置的示意圖。

具體實施方式

參考附圖，其中相同的附圖標記代表相同的部件，圖1中顯示了示例振動焊接系統10。系統10配置為使用所應用的、處于超聲或其他適當頻率范圍內的振動能量在工件22內形成焊接接合部。系統10包括各種互相連接的焊接裝置，包括至少一個砧組件12和振動超聲發生器/焊接觸針14。下面參考圖2和3的詳細敘述，用在系統10中的一個或多個焊接裝置可配置為接收薄膜傳感器20，所述薄膜傳感器在圖1中示意性地示出。系統10的總體控制可至少部分地通過控制值（箭頭34）而被通知，所述控制值由薄膜傳感器20或由多個這樣的傳感器20測量。

例如，每個薄膜傳感器20可實施為溫度/熱流傳感器。當以此方式配置時，薄膜傳感器20可包括多個熱電偶和/或熱電堆，在焊接接合部在工件22中被形成時所述熱電偶和/或熱電堆共同地測量焊接接合部附近的焊接溫度和相關的熱流。可以結合總體過程監控、控制和預防維護來進行和使用這種測量。下面參考圖2和3描述用于插入和/或附接薄膜傳感器20的各種選項，同時參考圖4描述用于薄膜傳感器20的示例性傳感器布置。

通常，這里使用的薄膜傳感器20可配置為微電子機械系統（MEMS）傳感器。如本領域所知，MEMS傳感器可制成在導電基底的薄片上，使用例如低壓化學汽相沉積、光刻法、掩模法或其他構造步驟。薄膜傳感器20可以是市場上可獲得的任意MEMS傳感器，例如形為微型環或納米光子晶體諧振器的光子器件。

圖1中所示的砧組件12可包括砧16和背板18。砧16可被連接至背板18和支撐構件21。總體地，在振動焊接過程期間，砧組件12提供相對堅硬的金屬塊，所述金屬塊與焊接觸針14相反地定位。

焊接觸針14可以包括焊接片23。焊接片23可形成具有滾花圖案的工作表面，例如形為凸起的塊、脊部、或任何其他紋理的圖案，其提供用于抓持工件22的足夠的牽引力。砧16可包括帶紋理工作表面25，所述帶紋理工作表面具有類似的滾花圖案。焊接片23和帶紋理工作表面25一起促進振動焊接過程期間的工件22的牢固抓持。