使用同步超声换能器来修整零件的系统和方法技术方案

用于密封复杂界面或用于金属成形的超声系统和方法。复杂的界面，诸如山形顶部，在界面上包括多个各种层、或具有复杂几何形状的椭圆形或圆形喷口。示例系统包括两个超声焊头，这两个超声焊头布置成与间隙相对，界面设置在这两个超声焊头之间。超声能量的频率和相位在施加能量的同时同步，同时界面被压在钳口之间，并且均能量施加至界面的两侧。另一示例系统包括两个超声换能器，其在频率和相位上同步，并且用于机械地振动焊头，以便于密封或焊接界面或有协助金属形成过程。或有协助金属形成过程。或有协助金属形成过程。

【技术实现步骤摘要】
使用同步超声换能器来修整零件的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月30日提交的第16/863,662号美国专利申请和于2020年10月19日提交的第17/074,252号美国专利申请的优先权，上述美国专利申请分别通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]某些类型的包装或容器可具有复杂密封界面，具有沿着密封界面密封的不同数量的层。在一些应用中，密封必须是密封的、气密的，或必须容纳液体而没有任何泄漏。用于密封这些界面的传统技术非常繁琐、昂贵，并且可能需要在同一界面上多次通过以完成密封，这对于要密封的每个物品需要很长时间。物品和/或其密封界面的一些准备或操作也必须在形成密封之前进行。这些准备或操作在密封过程中引起额外延迟。
[0004]通常，这些物品可由塑料膜或聚乙烯材料(例如，液体纸板)组成或涂覆有塑料膜或聚乙烯材料(例如，液体纸板)，诸如枕形包装、流包装、以及纸板箱或其它容器，诸如具有所谓的山形顶部(Gable top)的牛奶纸板箱。为了密封这些物品，传统方法可能需要不同的机器来密封不同的材料，花费相对长的时间，并且可能需要多次通过来产生防漏密封，遭受不一致的密封，并且可能产生不合格密封，不合格密封产生通道泄漏，产生废品，不能解决某些密封形状，特别是狭窄的密封，并且部分由于它们的复杂性和移动部件的数量而需要大量维护。
[0005]在传统的超声焊接中，激励一个超声堆叠部，并且零件被压在堆叠部与固定砧座之间。对于某些应用，这种单堆叠部配置具有挑战性，其中零件具有多层或其它不寻常的几何形状，并且可能需要在同一零件上多次通过以生成高质量的密封或焊接。
[0006]具有不均匀数量的层(诸如4
‑2‑4‑
5层，跨过待密封的界面的宽度)的山形顶部或其它包装密封应用例示了使用单堆叠焊头的不足之处。假设每个纸箱层均吸收或衰减所施加的超声能量/振幅的大约10％。当传统的焊接通过4
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5层时，在最后的层上只剩余大约50％的超声能量/振幅，这不足以产生可靠密封。如果增加力或振幅或时间以补偿这种能量损失，则存在过焊接2层部分并可能燃烧外表面的风险，从而在产品上留下视觉痕迹。
[0007]圆形或椭圆形界面，如喷口或端口，对使用传统超声焊接技术进行密封非常有挑战性。通常，常规技术需要许多焊头(例如，多达四个)和焊头的多次重复运动，例如，三步或更多步，来密封这些类型的零件。这些配置庞大、复杂，并且通过必须多次重复超声运动来执行它们的焊接或密封任务而在制造过程中引入延迟。因此，需要一种解决这些问题和其它问题的解决方案。本公开的各方面涉及在单程应用中使用超声能量来满足这些需求和其它需求，从而在诸如纸箱的山形顶部的零件上产生密封。
[0008]由金属制成的零件可使用模具进行变形，以使金属变形为所需的形状。实例包括拉丝、深拉、轧制、挤压和锻造过程。一些传统的过程利用外部施加至模具零件界面的润滑剂，以促进金属通过模具的变形。常规过程可通过由模具变形的金属表面上留下痕迹，并且成形过程的生产量是当金属被迫通过模具时金属可变形的速度和力的函数。需要为金属形
成过程提供更好的解决方案。
[0009]枕形袋或包或类似容器可由柔性材料制成，诸如塑料或非织造薄膜、印刷到铝上然后层压到聚乙烯上的聚酯、包括铝的金属、金属箔、织物、薄膜、聚乙烯涂覆的纤维板或液体纸板等。当存在于辊上时，相邻袋之间的部分需要进行密封，以牢固地容纳袋或包的内容物。常规过程通常密封袋，并随后切割相邻袋之间的部分以单一化小袋。首先，这些双重密封后切割动作给整个袋组件和密封过程的生产量带来了等待时间。第二，辊必须暂停足够长的时间，以便在相邻的小袋之间形成密封，并且生产量是能够多快形成密封的直接函数。加速该密封过程将增加生产量。同时或几乎同时进行密封和切割操作将进一步提高生产量。

技术实现思路

[0010]根据本公开的一方面，一种用于将零件的多个层密封在一起的超声焊接系统包括：包括第一焊头的第一超声焊接堆叠部和包括第二焊头的第二超声焊接堆叠部，第一焊头具有第一焊接表面，第二焊头具有与第一焊接表面相对的第二焊接表面，以在第一焊接表面与第二焊接表面间限定间隙，其中，间隙配置成在其中容纳沿着零件的部分密封的零件；致动器组件，其可操作地联接至第一超声焊接堆叠部和第二超声焊接堆叠部，并且配置为使得第一焊接表面相对于第二焊接表面移动；一个或多个控制器，其可操作地联接至第一超声焊接堆叠部、第二超声焊接堆叠部和致动器组件，该一个或多个控制器可操作地配置为：使致动器组件将第一焊头和第二焊头的第一焊接表面和第二焊接表面朝向彼此推压，直到接触零件，以及由此经由第一焊头向零件施加第一超声能量，并且经由第二焊头向零件施加第二超声能量，使得在同时在零件的两侧施加第一超声能量和第二超声能量时使第一超声能量和第二超声能量的频率和相位同步，从而沿着该部分密封零件。
[0011]该频率可在15kHz与70kHz之间。该零件可为具有不同数量的层的山形顶部，该不同数量的层横过山形顶部的纵向方向布置。可替代地，零件为具有不同数量的层的山形顶部，该不同数量的层横过山形顶部的纵向方向布置。第一超声能量的振幅可与第二超声能量的振幅相同或不同。
[0012]该系统还可包括产生第一超声能量的第一发生器和产生第二超声能量的第二发生器，其中第一发生器被指定为主发生器，该主发生器使用锁相环将来自第一超声焊接堆叠部的反馈自动锁到其自身，并指示用作从发生器的第二发生器将其自身的相位和频率反馈与由第一发生器产生的相位和频率匹配。
[0013]该零件可由包括聚合物膜、热塑性材料、非织造材料、金属箔或金属的材料构成。该零件为具有端部的枕形包装，该端部具有横过端部的纵向方向布置的不同数量的层。零件可包括不同数量的层，该不同数量的层沿着零件待密封的部分包括在部分的第一部中的第一数量的层和在部分的第二部中的第二数量的层，第一数量不同于第二数量。
[0014]该装置可为枕形包装或纸箱或袋。该零件为要密封到袋上的喷口。
[0015]第一焊头可为旋转焊头，以及第二焊头可为旋转焊头。控制器还可配置成以相同的旋转速度旋转第一焊头和第二焊头，同时向零件施加同步的第一超声能量和第二超声能量。
[0016]第一发生器可包括第一输出部和第二输出部，第一输出部能够可操作地连接至第
一换能器，以及第二输出部能够可操作地连接至第二换能器。第一换能器能够可操作地连接至第一焊头，以及第二换能器能够可操作地连接至第二焊头。
[0017]通过远场焊接连接的零件的区域可离第一焊头的第一焊接表面或离第二焊头的第二焊接表面至少1/4英寸或6毫米。
[0018]根据本公开的另一方面，一种用于将零件的多个层密封在一起的超声焊接方法包括以下步骤：将第一焊头的第一焊接表面朝向第二焊头的相对的第二焊接表面移动，以封闭第一焊接表面与第二焊接表面之间的间隙，直到第一焊接表面和第二焊接表面沿待密封零件的部分接触待密封零件；响应于接触零件，通过第一焊头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将零件的多个层密封在一起的超声焊接系统，所述系统包括：第一超声焊接堆叠部和第二超声焊接堆叠部，所述第一超声焊接堆叠部包括第一焊头，所述第二超声焊接堆叠部包括第二焊头，所述第一焊头具有第一焊接表面，所述第二焊头具有与所述第一焊接表面相对的第二焊接表面，以在所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间限定间隙，其中所述间隙配置成在其中容纳将沿着所述零件的部分密封的所述零件；致动器组件，可操作地联接至所述第一超声焊接堆叠部和所述第二超声焊接堆叠部，并且配置为使得所述第一焊接表面相对于所述第二焊接表面移动；一个或多个控制器，可操作地联接至所述第一超声焊接堆叠部、所述第二超声焊接堆叠部和所述致动器组件，所述一个或多个控制器可操作地配置为：使得所述致动器组件将所述第一焊头的第一焊接表面和所述第二焊头的第二焊接表面朝向彼此推压，直到与所述零件接触，并且由此经由所述第一焊头向所述零件施加第一超声能量，并且经由所述第二焊头向所述零件施加第二超声能量，使得所述第一超声能量和所述第二超声能量的频率和相位在所述第一超声能量和所述第二超声能量同时施加至所述零件的两侧时同步，从而沿着所述部分密封所述零件。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述频率在15kHz与70kHz之间。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件是山形顶部，所述山形顶部具有跨过所述山形顶部的纵向方向布置的不同数量的层。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件是山形顶部，所述山形顶部具有不同数量的层，所述不同数量的层布置成跨过横向于所述山形顶部的纵向方向的方向。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一超声能量的振幅不同于所述第二超声能量的振幅。6.如权利要求1所述的系统，还包括产生所述第一超声能量的第一发生器和产生所述第二超声能量的第二发生器，其中，将所述第一发生器指定为主发生器，所述主发生器使用锁相环自动锁定来自所述第一超声焊接堆叠部的反馈，并指示用作从发生器的所述第二发生器将其自身的相位和频率与所述第一发生器的相位和频率相匹配。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件由包括聚合物膜、热塑性材料、非织造材料、金属箔或金属的材料制成。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件是具有端部的枕形包装，所述端部具有跨过所述端部的纵向方向布置的不同数量的层。9.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件包括不同数量的层，所述不同数量的层沿着待密封的所述零件的所述部分包括：在所述部分的第一部分中的第一数量的层；以及在所述部分的第二部分中的第二数量的层，所述第一数量不同于所述第二数量。10.一种用于将零件的多个层密封在一起的超声焊接方法，所述方法包括以下步骤：将第一焊头的第一焊接表面朝向第二焊头的相对的第二焊接表面移动，以封闭所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间的间隙，直到所述第一焊接表面和所述第二焊接表面沿着待密封零件的部分接触所述待密封零件；响应于接触所述待密封零件，通过所述第一焊头向所述待密封零件施加第一超声能量，通过所述第二焊头向所述待密封零件施加第二超声能量，使得所述第一超声能量和所
述第二超声能量的频率和相位在所述第一超声能量和所述第二超声能量同时施加至所述待密封零件的两侧时同步，从而沿着所述部分密封所述待密封零件，所述第一焊头和所述第二焊头布置成指向彼此。11.如权利要求10所述的方法，还包括响应于将所述层密封在一起，使所述第一焊头相对于所述第二焊头缩回，以释放所述零件。12.如权利要求10所述的方法，其中，所述频率在15kHz与70kHz之间。13.如权利要求12所述的方法，其中，所述移动由所述第一焊头以与所述第二焊头的旋转运动相同的速度旋转的旋转运动引起。14.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一超声能量的振幅不同于所述第二超声能量的振幅。15.一种装置，具有通过权利要求10所述的方法施加的至少一个密封部。16.如权利要求15所述的装置，其中，所述装置是枕形包装或纸箱或小袋。17.如权利要求1所述的系统，其中，所述零件是要密封至小袋上的喷口。18.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一焊头是旋转焊头，以及所述第二焊头是旋转焊头，以及所述控制器还配置为在将同步的所述第一超声能量和所述第二超声能量施加至所述零件的同时，以相同的旋转速度旋转所述第一焊头和所述第二焊头。19.如权利要求6所述的系统，其中，所述第一发生器包括第一输出部和第二输出部，所述第一输出部可操作地连接至第一换能器，并且所述第二输出部可操作地连接至第二换能器，所述第一换能器可操作地连接至所述第一焊头，并且所述第二换能器可操作地连接至所述第二焊头。20.如权利要求7所述的系统，其中，所述零件的将通过远场焊接连接的区域与所述第一焊头的所述第一焊接表面或所述第二焊头的所述第二焊接表面相距至少1/4英寸或6毫米。21.一种具有多个同步超声换能器的超声焊接或金属成形系统，包括：超声换能器组件，包括焊头、第一换能器和第二换能器，所述第一换能器和所述第二换能器布置成将超声能量传递至所述焊头中，所述焊头具有第一零件接合表面；间隙，配置成在其中容纳零件，以通过所述焊头在界面处接收来自所述第一换能器和所述第二换能器的超声能量；致动器组件，可操作地联接至所述超声换能器组件，并且配置为使得所述零件相对于所述间隙移动；一个或多个控制器，可操作地联接至所述超声换能器组件和所述致动器组件，所述一个或多个控制器可操作地配置为：使所述致动器组件将所述零件推向所述间隙，直到将所述零件压靠在所述第一零件接合表面上，从而经由所述第一换能器通过所述焊头将第一超声能量施加至所述零件，并经由第二换能器通过所述焊头将所述第二超声能量施加至所述零件，使得所述第一超声能量和所述第二超声能量的频率和相位在将所述第一超声能量和所述第二超声能量施加至所述零件时同步。22.如权利要求21所述的系统，其中，当所述第一超声能量和所述第二超声能量通过所述第一换能器和所述第二换能器施加至所述焊头时，所述焊头的所述第一零件接合表面来...

【专利技术属性】
技术研发人员：里奥，
申请(专利权)人：杜肯IAS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：