[發明專利]一種微納結構的超聲波封接裝置及其封接方法

有效

• 申請號: 201410003056.2
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103692648A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 孫屹博;王曉東;羅怡
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種微納結構的超聲波封接裝置，其特征在于：包括超聲波發生器（3）、功率調節器（4）、在線超聲檢測模塊（12）、信號處理模塊（5）、超聲換能器（8）、超聲波工具頭（9）、運動控制組件、輔助傳感組件、調平基座（14）和控制系統（1）；

所述的輔助傳感組件包括稱重傳感器（13）和位移傳感器（10），所述的稱重傳感器（13）和位移傳感器（10）分別安裝于調平基座（14）上方和直線運動導軌（7）下方，用于檢測超聲波工具頭（9）對零件加載的壓力和移動位置；

所述的運動控制組件包括運動控制卡（2）、驅動電機（6）和直線運動導軌（7），所述的控制系統（1）通過運動控制卡（2）與驅動電機（6）連接，驅動電機（6）控制直線運動導軌（7）縱向移動；

所述的控制系統（1）通過電纜依次經功率調節器（4）和超聲波發生器（3）后與超聲換能器（8）連接，用于控制超聲波通斷及調節超聲波振幅；

所述的控制系統（1）通過電纜經信號處理模塊（5）后分別與位移傳感器（10）和稱重傳感器（13）連接；

所述的信號處理模塊（5）包括數據采集卡和電荷放大器；

所述的控制系統（1）還通過信號處理模塊（5）與在線超聲檢測模塊（12）連接；

所述的在線超聲檢測模塊（12）包括壓電傳感器（16）、蓋板（15）和連接板（17）；

所述的壓電傳感器（16）選擇外形為階梯形狀的壓電傳感器（16），所述的傳感器蓋板（15）中心開有階梯孔，與壓電傳感器（16）過渡配合，所述的壓電傳感器（16）安裝在傳感器蓋板（15）的中心階梯孔中，與連接板（17）通過螺栓連接固定，壓電傳感器（16）的上測量面略高于傳感器蓋板（15）上平面；所述的連接板（17）由中心孔向側向開有貫通孔，用于引出壓電傳感器（16）的導線，連接板（17）與稱重傳感器（13）在中心孔位置由螺栓連接；

所述的超聲波工具頭（9）與超聲換能器（8）連接；

所述的調平基座（14）與稱重傳感器（13）在中心孔位置由螺栓連接，用于調整封接零件承載面水平角度。

2.一種固液分相變振幅控制的超聲波封接方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、通過控制系統（1）設置觸發壓力、分相衰減比、結束衰減比、一階段振幅、二階段振幅和保壓時間參數；

B、通過控制系統（1）下移超聲波工具頭（9）使其與待封接零件（11）接觸，調整其對待封接零件（11）所施加的壓力以達到預設觸發壓力參數；

C、在達到預設觸發壓力參數時以一階振幅參數開啟超聲波發生器（3），使超聲波工具頭（9）以一階振幅加載超聲波；在加載超聲波同時，通過在線超聲檢測模塊（12）的壓電傳感器（16）檢測傳遞到待封接零件（11）底面的超聲波振幅，通過電荷放大器將壓電傳感器（16）的弱信號放大，由信號處理模塊（5）的數據采集卡的A/D轉換功能將數據傳輸到控制系統（1）中，并通過控制系統（1）記錄：開啟超聲波發生器（3）初始時刻傳遞到待封接零件（11）底面的超聲波振動幅值u₀和在焊接過程中實時檢測傳遞到待封接零件（11）底面的超聲波振動幅值u；由控制系統（1）根據以下公式計算振幅的衰減比：

I＝(u₀-u)/u₀

當振幅衰減比達到設定的分相衰減比參數后即通過功率調節器（4）將超聲波發生器（3）調整為二階振幅參數，繼續在線檢測并實時計算振幅的衰減比，當振幅衰減比到達設定的結束衰減比參數后關閉超聲波發生器（3），經過對待封接零件（11）保壓一段時間后，上移超聲波工具頭（9），一次焊接流程結束。