双凸轮伺服焊接接线器制造技术

超声焊接设备将置于焊接区域中的金属件(例如线)进行连结，在焊接区域中金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触。第一电动机促动高度砧座的运动，以形成用于金属件超声焊接的挤压力。第二电动机在焊接之前和焊接期间定位宽度砧座。例如测压元件这样的传感器测量形成的挤压力。独立于超声套件，传感器直接可测量高度砧座上的载荷。软件算法可对测压元件传感器的偏转和第一电动机促动运动中的无效运动进行补偿。

Double Cam Servo Welding Connector

Ultrasound welding equipment will connect the metal parts (e.g. wires) placed in the welding area. In the welding area, the metal parts will experience pressure by extruding the height anvil and adjustable width anvil, and will be in close contact with the ultrasonic generator of the ultrasonic suite. The first motor drives the motion of the height anvil to form an extrusion force for ultrasonic welding of metal parts. The second motor locates the width anvil before and during welding. Sensors such as pressure sensors measure the extrusion force formed. Independent of the ultrasonic kit, the sensor can directly measure the load on the height anvil. The software algorithm can compensate the deflection of the sensor and the invalid motion of the first motor.

【技术实现步骤摘要】
双凸轮伺服焊接接线器相关申请的交叉引用本申请要求要求2017年9月15日提交的临时申请62/558,975的权益。关于联邦赞助研究的声明不可应用
技术介绍
使用高频超声振动以在材料之间形成焊接部已经自1960年代便为人所知。超声焊接器使用通过施加到材料的超声振动产生的摩擦形成焊接部，而不是向材料施加热量。超声焊接被认为是连结塑料和金属的有效方法，且已经在许多行业中应用，从玩具行业到汽车和航空行业。超声焊接的流行是由于焊接部可容易地形成且每道焊接的成本低。超声焊接对连结小部件来说是理想的。超声焊接是对弧焊或加热焊接或钎焊的替代方法，消除了消耗品，例如焊料或焊剂、部件回烧、对冷却水和高能量使用的需求。超声焊接操作的额外优势是在焊接过程期间产生极小的热量，使得部件损坏最小化。超声金属焊接适于用在电子部件和管道密封中的相似且不同的非铁金属的组装。要通过超声焊接连结的部件在超声波焊枪和砧座之间在压力下保持在一起。施加约20到40kHz的频率的超声振动，且焊枪的振动使得部件在一起摩擦，其中合成剪切力去除表面污染物并露出裸露的金属区域。在两个部件同时压在一起施加到焊接部的这种强烈的摩擦破坏基体金属的氧化皮。在施加到金属时，焊接部不通过熔化材料实现，而是通过固态焊接部的形成实现。超声振动造成表面粗糙部分的剪切和变形，其将存在于主体材料上的氧化物和污染物打散，这允许金属-金属接触和邻近表面的连结。这些过程使得两种材料进入充分的紧密接触，以发生原子水平的连结。材料的原子结构混杂在一起形成强表面分子固态连结，其是干净的且具有低电阻。摩擦形成的相对轻微的温度上升远低于熔点且不会对焊接部的形成起到实质影响。通过不同过程在塑料和金属中实现超声焊接。在应用到塑料时，通过超声振动形成的摩擦足以熔化材料的已连结部分，在冷却时形成焊接部。超声焊接的焊接时间通常非常短，焊接时间通常在200到400毫秒的范围。对于关于超声焊接的其他一般公开参见NewDevelopmentsinAdvancedWelding,NasirAhmed,ed.(2005)。超声焊接系统的基本部件为压机、砧座、超声套件(ultrasonicstack)、超声产生器或电源以及电子控制器。要被焊接的工件置于压机和砧座之间，压机对工件施加压力。砧座允许超声振动被引导到材料的表面。放置工件(部件)的床或砧座允许通过所述套件产生高频率振动以被引导到焊接基体的界面。超声套件通常包括转换器、增幅器和超声波发生器或“焊枪”。转换器将电能转换为机械振动；增幅器改变振动的幅度；超声波发生器对要被焊接的部件施加机械振动。这三个元件通常被调节以在相同的超声频率下共振(通常为20、35或40kHz)。这些套件部件连接到电子超声产生器，其将高功率AC信号输送到所述套件，同时将匹配所述套件的共振频率。用户经由控制器对系统发出命令，所述控制器控制压机的运动，促动所述套件的电源，将焊接感应电信号传送到超声套件。所述套件的转换器部分将电信号转换为机械振动，同时增幅器可改变振动幅度。焊枪对工件施加振动。超声焊接的质量和成功性取决于多个因素，包括信号幅度、焊接时间、焊接压力、焊接速度、保持时间和保持压力。这些因素每一个的合适量受到焊接的主体材料类型的影响，且也会在一种材料中变化。从本行业的大部分历史来看，可被有效地控制的变量仅为幅度、力、和焊接时间或持续时间。幅度通过频率选择、焊枪和增幅器的设计、以及向转换器的电输入的调制的组合来控制。用户对超声焊接的变量和过程的控制对获得有效的焊接一致性来说很重要。更好的过程控制通常形成改善质量的焊接部，以及改善的焊接一致性和可重复性。在检查各产品之间的焊接质量时，本行业的通常产品以2％到4％的标准偏差形成焊接部。气动促动的超声焊接系统在本行业中常见。这些系统利用气压缸以控制所述套件的力和向下速度。在气动系统中，所含有的空气运动通过系统的气动促动器的进入和排出速率受到限制。因此，气动系统不能实现方向和速度的突然改变，且限制了系统的距离控制。能瞬时调整其速度以适应材料变化的系统将能理想地产生完美一致的焊接部。在系统对速度和距离的控制得到改善时，能降低焊接质量的偏差。气动系统还使用静态压力以挤压被系统接合的部件。由于在主体材料的变化会影响要被采用的理想压力，与能够施加动态压力以适应材料所呈现的状况的系统相比，静态压力更可能造成较弱的焊接部。气动系统的特点进一步提供了对焊枪面的运动和定位的有限控制。这些系统通常仅利用大约1/4的可用焊接表面。由此，焊枪面在使用中被不均匀地磨损，且活动面变得过渡磨损，而焊头的其他部分保持可用。气动超声焊接系统中的弱点导致不同焊接部之间大于理想标准的偏差，以及对外界污染物和焊接材料变化的降低适应性。理想超声焊接系统在过程中为提供用户对最大数量的变量的控制。材料之间的变化以及存在于材料中的污染物的变化需要调整焊接速度和挤压力以维持焊接部的强度。常见系统(包括气动超声焊接系统)通常缺乏焊接速度和压力的必要可变性，以实现理想的焊接部。气动系统还在外界污染物(例如脂和油，其通常存在于工业空气源中)渗透到系统中时存在极大地降低其焊接质量的问题。而且，现有的气动系统不能完全利用焊枪表面，也不能将工件相对于砧座和焊枪动态定位。在新的行业状况下存在持续的需要，即允许将焊接作为接线(wiresplice)方案。具体说，需要5到10股编起来的束线或电磁线形成均匀的接线、线压接或电池线缆接合。这种连接通常用在汽车、飞机、计算机和消费电子器件行业以及其他过程控制和工业仪器应用中。最常见的是用在线束制造中。不幸的是，进行焊接操作的线束必须具有电气完整性和机械强度，而在最终集线器中不存在杂散的不受约束的股线。期望出现一种超声焊接系统，其与目前市场可获得的系统相比能提供对超声焊接中常见变量的更大控制。提供动态施加力和可选择工件/砧座定位的系统能用于改善超声焊接系统中的常见可用气动或静态位置。理想系统进一步提供利用焊接头全部宽度的能力，这将降低焊接头上的磨损，由此延长头部的可用寿命。
技术实现思路
超声焊接设备将置于焊接区域中的金属件(例如线)进行连结，在焊接区域中金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触。第一电动机促动高度砧座的运动，以形成用于金属件超声焊接的挤压力。第二电动机在焊接之前和焊接期间定位宽度砧座。例如测压元件这样的传感器测量形成的挤压力。独立于超声套件，传感器直接可测量高度砧座上的载荷。软件算法可对测压元件传感器的偏转和第一电动机促动运动中的无效运动进行补偿。本专利技术的另一方面是一种用于用超声设备对线进行超声焊接的方法，其中要被连结的金属件置于焊接区域中，在该焊接区域金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座而经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触，第一电动机促动高度砧座的运动，以形成用于金属件超声焊接的挤压力，且控制器含有实现该方法的焊接算法。方法的步骤的开始步骤是，通过在空的焊接区域施加变化的力并测量焊接区域中的高度来确定高度补偿，以形成高度补偿。形成将施加的力与刚刚被确定的高度补偿相关联的表。力施加到焊接区域中的线，以用于连结线。在力的作用下在焊接区域中测量线的高度，且减去高度补偿，用于确定线的实际高度。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声焊接设备，在所述超声焊接设备中，要被连结的金属件置于焊接区域中，在该焊接区域金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座而经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触，改进包括：第一电动机，促动高度砧座的运动，以形成用于金属件的超声焊接的挤压力。

【技术特征摘要】
2017.09.15 US 62/558,975;2018.03.21 US 15/927,1141.一种超声焊接设备，在所述超声焊接设备中，要被连结的金属件置于焊接区域中，在该焊接区域金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座而经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触，改进包括：第一电动机，促动高度砧座的运动，以形成用于金属件的超声焊接的挤压力。2.如权利要求1所述的超声焊接设备，进一步包括传感器，用于测量所形成的挤压力。3.如权利要求2所述的超声焊接设备，其中传感器是测压元件且进一步包括软件算法，其对测压元件传感器的偏转和第一电动机促动运动中的无效运动进行补偿。4.如权利要求1所述的超声焊接设备，进一步包括控制器，以在焊接期间与经调制的挤压力同步地控制超声波发生器的超声幅度。5.如权利要求1所述的超声焊接设备，进一步包括第二电动机，以在焊接之前和焊接期间定位宽度砧座。6.一种校准超声焊接设备的方法，包括的步骤是：(a)促动第一电动机，以使得高度砧座对空的焊接区域施加多个挤压力；(b)针对多个挤压力的每一个，通过载荷传感器，测量施加到空的焊接区域的力；(c)针对多个挤压力的每一个，通过控制器从第一电动机的位置编码器接收测量高度；(d)生成将步骤(a)确定的施加力和高度补偿关联起来的表；和(e)存储所述表。7.一种超声焊接方法，包括的步骤是：(a)促动第一电动机，以使得高度砧座对超声焊接器的焊接区域施加挤压力，该超声焊接器含有要...

【专利技术属性】
技术研发人员：B欧，DL西弗特，JE史密斯，
申请(专利权)人：泰克索尼克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US