[發明專利]一種超聲波焊接質量控制方法及其在自動化產線中的應用

在審

• 申請號: 202111421673.0
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114161718A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 楊浩駿;陳玉榮;蘇宏華;劉翔
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃精密制造研究院有限公司;江蘇田橋科技實業有限公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種超聲波焊接質量控制方法及其在自動化產線中的應用，方法為：獲取復合材料熔融過程中的聲音信號，根據聲音信號判斷發泡材料與無紡布的熔融狀態，識別發泡材料與無紡布組成的焊接質量：當聲音信號的幅頻曲線特征為聲音響度相對熔焊狀態較低、頻率集中于超聲發生器振動頻率時，則發泡材料與無紡布未融焊；當聲音信號的幅頻曲線特征為聲音響度相比未熔焊狀態提高、頻率在低于超聲振動頻率下出現多個規律的峰值時，則發泡材料與無紡布已融焊。本超聲波焊接質量控制方法還可集成于自動化生產線中，用于控制自動化產線的啟停、監控焊接質量的穩定性。本發明具有實現方法簡單、識別率高、設備成本低、維護成本低等優點。

技術領域

本發明屬于超聲波焊接技術領域，涉及一種質量控制方法，尤其涉及一種超聲波焊接質量控制方法及其在自動化產線中的應用。

背景技術

發泡材料具有輕質、高彈、吸振、比強度高、保溫的特點，無紡布具有柔軟、親膚的特點，這兩種材料組成的復合材料，兼具二者的特點，被廣泛地使用于服裝、包裝、體育休閑等行業。

目前，超聲波技術被廣泛應用于多種材料的焊接之中，其焊接原理為利用超聲波換能器將電能轉換為機械能，進而使用變幅桿將機械能振動能傳遞至焊接頭部分，在壓力作用下，焊接頭與被焊接工件貼合，將機械振動能轉換為熱能，從而實現被焊接工件的熔融。

由此可見，焊接區域的溫度、壓力、變形，將會直接影響焊接質量，影響上述變量的主要工藝參數為超聲振幅、焊接時間、焊接壓力、保壓時間、焊點形狀，對于確定的被焊接材料，超聲振幅、焊點形狀存在一個優化值，焊接時間、焊接壓力、保壓時間可以通過焊接機的程序進行調節。

研究人員基于材料彈性模量的變化，試圖通過焊接頭與模具之間的壓力判斷焊接質量，然而這種焊接質量判斷方式需要繁瑣的高度調整過程、壓力傳感器、位置傳感器(CN111014941A，CN101544060B)。此外，對于發泡材料等容易發生過焊或脫焊現象的軟性材料，所需要的壓力傳感器需要十分精確，這無疑增加了設備的初始成本與維護成本。

發明內容

鑒于上述情況，本發明的主要目的在于，提供一種能夠適用于發泡材料與無紡布材料組成的復合材料超聲焊接質量的檢測方法，并進一步地提出其在自動化生產線上的實現方法。

為實現上述目的，本發明提供一種超聲波焊接質量控制方法，用于發泡材料與無紡布材料組成的復合材料的超聲波焊接，發泡材料與無紡布材料組成的復合材料的兩側分別放置模具與焊接頭，焊接頭與模具通過執行機構壓緊被焊接的復合材料，超聲波機械能轉換為材料熱能使得復合材料熔融，該方法具有這樣的特征：獲取復合材料熔融過程中的聲音信號，根據聲音信號判斷發泡材料與無紡布的熔融狀態，識別發泡材料與無紡布組成的焊接質量：當聲音信號的幅頻曲線特征為聲音響度相對熔焊狀態較低、頻率集中于超聲發生器振動頻率時，則發泡材料與無紡布未融焊；當聲音信號的幅頻曲線特征為聲音響度相比未熔焊狀態提高、頻率在低于超聲振動頻率下出現多個規律的峰值時，則發泡材料與無紡布已融焊。

進一步，本發明提供一種超聲波焊接質量控制方法，還可以具有這樣的特征：其中，獲取聲音信號的方法為：在焊接裝置周圍放置拾音器，拾音器采集復合材料熔融過程中的聲音信號。

進一步，本發明提供一種超聲波焊接質量控制方法，還可以具有這樣的特征：其中，將拾音器獲取的聲音信號轉變為聲音的振動頻率與聲音響度，然后建立振動頻率、聲音響度與焊接質量的關系；根據振動頻率、聲音響度與焊接質量的關系，判斷超聲波焊接狀態。

進一步，本發明提供一種超聲波焊接質量控制方法，還可以具有這樣的特征：其中，所述振動頻率為對一段時間內的聲音信號進行傅里葉變換，進而獲得的該段時間內的振動頻率分布情況。

進一步，本發明提供一種超聲波焊接質量控制方法，還可以具有這樣的特征：所述拾音器對聲音信號的采集頻率不低于超聲振動的發生頻率的3倍。