超声波焊接机的焊接参数的动态调整制造技术

本发明专利技术涉及超声波焊接机的焊接参数的动态调整，超声波焊接机包括在超声波焊接机的系列操作期间动态调整用于控制焊接周期的焊接的焊接参数。超声波焊接机包括由控制器控制的电源，并且在下一焊接周期开始之前，该控制器基于指示超声波堆中的热能的堆热能参数的值来设置用于下一焊接周期的焊接参数的值。控制器基于为焊接参数设置的值来控制电源，以控制下一焊接周期的焊接。

Dynamic adjustment of welding parameters of ultrasonic welding machine

The invention relates to the dynamic adjustment of the welding parameters of the ultrasonic welding machine, and the ultrasonic welding machine dynamically adjusts the welding parameters for controlling the welding cycle during the series operation of the ultrasonic welding machine. The ultrasonic welding machine includes a power source controlled by a controller, and before the next period of welding, the controller sets the value of the welding parameters for the next welding cycle based on the value of the heap heat parameters indicating the heat energy in the ultrasonic reactor. The controller controls the power supply based on the values set for the welding parameters to control the welding of the next welding cycle.

【技术实现步骤摘要】
超声波焊接机的焊接参数的动态调整相关申请的交叉引用本申请要求2016年12月9日提交的美国临时申请第62/432,165号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开内容涉及超声波焊接机，并且更具体地，涉及在超声波焊接机的焊接周期期间动态调整用于控制焊接的焊接参数。
技术介绍
本节提供了与本公开内容相关的背景信息，其中，背景不一定是现有技术。图1示出了典型的超声波塑料焊接机100的模型。超声波塑料焊接机100的典型部件包括具有超声波换能器102、增幅器104以及超声波焊头106的超声波堆101。如超声波焊接领域的技术人员通常理解的，超声波焊头是将来自超声波换能器的机械能传递至工件的金属棒。超声波焊头通常是由超声波换能器产生的谐振频率的半波长长。超声波换能器102将来自电源122的20-60kHz频率的电能转换成机械能。在超声波换能器102中转换的机械能通过增幅器104和超声波焊头106被传递至应用108，例如待焊接在一起的两个部件112、部件114。增幅器104和超声波焊头106执行传送机械能以及将来自超声波换能器102的机械振动通过增益因子进行变换的功能。超声波焊接机100由控制器124控制，控制器124具有耦接至超声波焊接机100的可应用部件的输入端和输出端。应当理解的是，电源122可以包括控制器124(如图1所示)，或者控制器124可以是与电源122分开的设备。在焊头端110上产生的机械振动是执行将部件112、部件114焊接在一起的任务的运动，在下面的示例中部件112、部件114是塑料部件。焊头端110可以由钛或其他高强度、硬度材料制成。待焊接在一起的部件112、部件114被放置成邻近焊头端110，诸如一起被放置在砧座120上。焊头端110被带至与待焊接的顶部部件112接触。超声波焊头106以在塑料件中产生竖向振荡的方式进行振荡。也就是说，超声波焊头引起塑料部件相对于彼此的振荡性压缩/解压缩，从而使得在焊接界面处相互抵接的塑料部件的表面被加热，最终熔化在一起。大多数超声波焊接处理是由焊接参数控制的处理。焊接参数是用于确定何时停止对正在焊接的部件施加焊接能量——机械振动——的参数。在一个示例中，焊接参数是时间，在这种情况下，焊接处理是时间控制的处理，其中，机械振动被施加至正在被焊接的部件达焊接参数设置的预定时间段。在另一示例中，焊接参数是能量，在这种情况下，焊接处理是能量控制的处理，其中，机械振动被施加至正在被焊接的部件，直到已经用完焊接参数设置的预定量的能量为止。在另一示例中，焊接参数是下沉(collapse)距离，在这种情况下，焊接处理是由下沉距离处理进行的焊接，其中，机械振动被施加至正在被焊接的部件，直到它们已经一起下沉达到焊接参数设置的预定距离为止。在这方面，下沉距离通常由当两个正在被焊接的部件开始熔化在一起时超声波焊头端向砧座移动的距离确定。应当理解的是，可以使用其他焊接参数，例如，绝对距离、比较距离、频率、幅度、幅度分布、力、力分布、功率输出、温度以及接近速度。在自动化装置中使用的超声波焊接机通常在用于最佳操作的稳定的操作条件下使用。稳定的操作条件是在升温阶段之后当堆达到稳定温度时实现的。升温阶段是处于空闲或关闭之后的时间，并且焊接设备在生产周期的系列化生产中焊接第一部件，直到堆已经进行充分的焊接以达到稳定温度为止。在升温阶段的开始时，堆具有较低的温度，例如，安装焊接机的环境的温度。随着升温阶段的持续，堆变热，直到达到稳定的温度为止。当堆达到稳定温度时，升温阶段结束。稳态条件是当超声波堆已经达到标称的稳定温度时，其通常被认为在超声波焊接机已经执行足够数量的焊接操作以使超声波堆已经达到标称的稳定温度时发生。然而，超声波焊接机通常不会处于真正的稳态条件，因为即使在达到标称的稳定温度之后，例如由于其所在的区域的环境温度变化，超声波堆的温度仍可以改变。例如，超声波焊接机所在的工厂的区域的环境温度在清晨可能比在下午晚些时候要低几度。即使超声波焊接机一整天都在持续运行，环境温度的差异也会影响超声波堆的温度。由于超声波堆的温度变化，所以超声波堆中的热能也变化。超声波堆的温度增加导致超声波堆中的热能增加，并且相反地，超声波堆的温度降低导致超声波堆中的热能降低。超声波堆中热能的变化可以引起超声波焊接机的焊接结果的变化。在这方面，用于焊接处理的焊接参数通常是针对超声堆处于稳态条件时设置的。因此，随着超声波堆中的热能由于超声波堆的温度的变化而变化，可能导致焊接结果的变化。
技术实现思路
本节提供了对本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。根据本公开内容的一方面，超声波焊接机包括如下方法：在超声波焊接机的系列操作期间，通过动态调整用于控制焊接周期的焊接的焊接参数来控制超声波焊接机。超声波焊接机具有由控制器控制的电源、至少包括超声波焊头、耦接至电源的超声波换能器以及将超声波焊头耦接至换能器的增幅器的超声波堆。该方法包括：在下一焊接周期开始之前，使用控制器基于指示超声波堆中的热能的堆热能参数的值来设置下一焊接周期的焊接参数的值，以及使用控制器基于设置的焊接参数来控制电源，以控制下一焊接周期中的焊接。一方面，对紧接下一焊接周期之前的多个焊接周期的堆热能参数的值进行平均以得到平均值，并且基于该平均值来设置下一焊接周期的焊接参数的值。一方面，所述多个焊接周期在二至五百个焊接周期的范围内。一方面，所述多个焊接周期在十五个至二十五个焊接周期的范围内。一方面，如果平均值未从上次焊接参数改变的值已经改变至少第一预定阈值，则用于下一焊接周期的焊接参数的值不从用于最近的焊接周期的焊接参数的值改变，如果平均值已经改变至少预定阈值，则将用于下一焊接周期的焊接参数的值设置为基于该平均值的新的值。一方面，用于下一焊接周期的焊接参数的值仅当平均值已经改变至少第一预定阈值并且小于第二预定阈值时才改变。一方面，堆热能参数是超声波焊头的温度、超声波堆的谐振频率以及电源的驱动频率与超声波焊头的振动频率之间的相位差中的任一个。一方面，堆热能参数是超声波焊头的谐振频率。根据本文提供的描述，其他应用领域将变得明显。本概述中的描述和具体示例旨在仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。附图说明本文所描述的附图出于仅对选择的实施方式而非所有可能的实现方式进行说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。图1是现有技术的超声波焊接机的示意图；图2A至图2C是根据本公开内容的一方面的用于基于指示超声波焊接机的超声波堆中的热能的参数的值来设置用于焊接周期的焊接参数的值以及基于该焊接参数的值来控制焊接周期的焊接的控制例程的流程图；以及图3是根据本公开内容的一方面的用于基于指示超声波堆中的热能的超声波焊头的谐振频率的值来设置用于焊接周期的焊接参数以及基于该焊接参数的值来控制焊接周期的焊接的控制例程的流程图。贯穿附图中的若干视图，对应的附图标记指示对应的部分。具体实施方式现在将参照附图更充分地描述示例实施方式。下面的讨论将参考图1的现有技术的超声波焊接机100。在这方面，应当理解的是，如下所述的根据本公开内容的各方面的控制超声波焊接机100的方法不同于迄今为止已经控制超声波焊接机(例如超声波焊接机100)的方法，并且图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制超声波焊接机的方法，所述超声波焊接机具有由控制器控制的电源、超声波堆，所述超声波堆至少包括超声波焊头、耦接至所述电源的超声波换能器以及将所述超声波焊头耦接至所述换能器的增幅器，所述方法包括：在下一焊接周期开始之前，通过使用所述控制器基于指示所述超声波堆中的热能的堆热能参数的值来设置用于所述下一焊接周期的焊接参数的值，以在所述超声波焊接机的系列操作期间动态调整用于控制焊接周期的焊接的焊接参数；以及使用所述控制器基于所设置的焊接参数来控制所述电源，以控制所述下一焊接周期中的焊接。

【技术特征摘要】
2016.12.09 US 62/432,165;2017.11.15 US 15/813,5131.一种控制超声波焊接机的方法，所述超声波焊接机具有由控制器控制的电源、超声波堆，所述超声波堆至少包括超声波焊头、耦接至所述电源的超声波换能器以及将所述超声波焊头耦接至所述换能器的增幅器，所述方法包括：在下一焊接周期开始之前，通过使用所述控制器基于指示所述超声波堆中的热能的堆热能参数的值来设置用于所述下一焊接周期的焊接参数的值，以在所述超声波焊接机的系列操作期间动态调整用于控制焊接周期的焊接的焊接参数；以及使用所述控制器基于所设置的焊接参数来控制所述电源，以控制所述下一焊接周期中的焊接。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：对紧接在所述下一焊接周期之前的多个焊接周期的堆热能参数的值进行平均以得到平均值，并且基于所述平均值来设置用于所述下一焊接周期的焊接参数的值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个焊接周期在两个至五百个焊接周期的范围内。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个焊接周期在十五个至二十五个焊接周期的范围内。5.根据权利要求2所述的方法，包括：如果所述平均值尚未从上次焊接参数被改变的值改变至少第一预定阈值，则用于所述下一焊接周期的焊接参数的值被保持不从用于最近的焊接周期的焊接参数的值改变，如果所述平均值已经改变至少所述第一预定阈值，则将用于所述下一焊接周期的焊接参数的值设置为基于所述平均值的新的值。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述焊接参数的值仅当所述平均值已经改变至少第一预定阈值并且小于第二预定阈值时才改变。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述堆热能参数是所述超声波焊头的温度、所述超声波堆的谐振频率以及所述电源的驱动频率与所述超声波焊头的振动频率之间的相位差中的任一个。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述堆热能参数是所述超声波焊头的谐振频率。9.根据权利要求1所述的方法，包括：如果所述堆热能参数的值尚未从上次焊接参数被改变的值改变至少第一预定阈值，则用于所述下一焊接周期的焊接参数的值被保持不变，如果所述堆热能参数的值已经改变至少所述第一预定阈值，则将用于所述下一焊接周期的焊接参数设置为基于所述堆热能参数的值的新的值。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述焊接参数的值仅当所述平均值已经改变至少所述第一预定阈值并且小于第二预定阈值时才改变。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述堆热能参数是所述超声波焊头的温度、所述超声波堆的谐振频率以及所述电源的驱动频率与所述超声波焊头的振动频率之间的相位差中的任一个。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述堆热能参数是所述超声波焊头的谐振频率。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·豪克，马蒂亚斯·波特，迪迪埃·佩雷特，克里斯托夫·曼格尔，蒂埃里·梅尔，
申请(专利权)人：必能信超声公司，
类型：发明
国别省市：美国,US