[發明專利]用于控制連續超聲波焊接工藝的超聲波焊接裝置及方法

在審

• 申請號: 201410736823.0
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104690413A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·希格
• 申請（專利權）人: 艾默生科技有限公司布蘭森超聲分公司
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B06B3/02;B29C65/08
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

技術領域

本發明涉及超聲波焊接裝置和超聲波焊接方法，其用于控制或調節對織物材料進行超聲波焊接的連續超聲波焊接工藝。

背景技術

用于對織物材料進行連續超聲波焊接的裝置已經廣泛為人所知。在這些裝置中，超聲波振蕩單元通常包括轉換器，該轉換器一般是電聲換能器，超聲焊極通過又稱為升壓器的振幅轉換部件安裝在其上。不過，也有一些實施方式中超聲焊極是直接連接到轉換器上的。在這樣的超聲波振蕩單元中，或者振蕩單元被支撐于轉換器殼體中，或者振幅轉換部件被扣環支撐，或者超聲焊極被底座支撐。這些支撐結構通常被設置在超聲波振蕩的振蕩節點上，至少是靠近振蕩節點設置的。振蕩單元的超聲焊極相對于一反向工具設置。在對織物進行超聲波焊接時，該反向工具為具有均勻或不均勻的外部輪廓或焊接輪廓的滾子。采用可旋轉的，例如滾子形狀的超聲焊極，也是已知的技術。在一些不同的實施方式中，這種滾子式超聲焊極包含轉換器。而且，滾子式超聲焊極還被設置成可以相對于反向工具，例如砧板，進行轉動。該可旋轉的滾子式超聲焊極和該反向工具可以相對于彼此進行移動，使得二者之間的間隙可以調節，此外，該滾子式超聲焊極也具有均勻或不均勻的外部輪廓或焊接輪廓。

為了在電聲換能器(例如壓電陶瓷轉換器)的并行頻率或超聲波諧振頻率(其通常為18kHz到60kHz之間的一個預定頻率)下對其進行操作，需要使用特殊的電子電源，例如超聲波發生器。設有超聲焊極的壓電換能器的電源必須能夠將該換能器的諧振頻率提供給該換能器。這種換能器與超聲焊極的組合主要用于熱塑性塑料的焊接，在這類焊接過程中需要在短則幾個毫秒，長則連續負載的時間內提供數百瓦到數千瓦的功率。這些已知的超聲波發生器只能對電聲換能器進行控制或調節。

為了在超聲焊極和反向工具之間調節出理想的焊接高度和/或間隙高度，可以采用例如相對于機械擋止裝置設置，且相對于反向裝置固定裝設的氣動驅動裝置來驅動超聲波振蕩單元。這里的缺陷在于，超聲波振蕩單元無法對被焊接的材料的厚度變化作出反應。在專利例如DE?195?81?256?B4中描述了這種固定支撐超聲焊極的設計。

通過將電動驅動器(例如步進電機或伺服電機)對于超聲波振蕩單元進行限位的裝置也是已知的。

在專利DE?195?26?354?C1中，用傳感器檢測超聲焊極和反向工具之間的距離。傳感器產生的相應信號被傳輸到外部的控制和調節裝置。根據該傳感器信號，可以控制超聲焊極和反向工具之間的距離變化。在專利DE?10?2006?054?760?A1中，驅動器將超聲焊極朝反向工具的方向移動或者將反向工具向超聲焊極的方向移動。傳感器檢測輸入該驅動器的狀態數據或者該驅動器輸出的狀態數據。根據傳感器檢測到的這些狀態數據，可以改變超聲焊極和反向工具之間的距離。在專利DE?197?53?740?C1中，力傳感器檢測超聲焊極在反向工具所在的方向上的壓力。根據檢測到的壓力，傳感器產生信號并將其傳輸到外部的控制或調節裝置。接著，該控制或調節裝置輸出對應的控制信號，根據該控制信號調節超聲焊極和反向工具之間的距離。

如果此時織物材料被導入用于焊接或切割的空隙或間隙中，焊接力以及織物材料產生的應力都將作用于超聲焊極上。特別是在焊接力較大或發生變化時，織物移動速度較快時，織物厚度發生變化時，以及滾子具有特殊的形狀時，這時的應力會導致超聲焊極相對于織物發生后退，也就是說，超聲焊極向遠離反向工具的方向移動。如果滾子具有所謂的橫縫或者類似橫縫的輪廓，也就是不均勻的外部輪廓，織物材料的應力會特別大。這些不均勻的外部輪廓通常是相對于滾子的旋轉方向橫向延伸的輪廓，也就是說，焊接沒有發生在平面上，而是僅僅發生在這些輪廓(即較高處)上。在后續的處理步驟中，通常會切除織物材料表面單獨突出的部分。實際上，眾所周知的是，這些輪廓使得焊接很難達到均一的質量。由于織物材料的應力大于阻擋力，超聲波振蕩單元的驅動組件的支撐結構和空隙會導致超聲焊極產生屈服性或者退讓性的移動，上述間隙會過度打開，使得后續形成的接縫不再具有適當的結合力。因此，焊接效果將無法令人滿意，特別是在所述接縫的部位。