一种伺服驱动超声波焊接系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种伺服驱动超声波焊接系统，包括安装在可移动式机架上的超声波焊接单元和底辊，超声波焊接单元与底辊的圆周表面垂直相对设置，超声波焊接单元的顶部连接有用于驱动超声波焊接单元上下移动的伺服单元，伺服单元、超声波焊接单元分别与控制柜连接，控制柜与后台主机连接，控制柜内设置有与伺服单元连接的伺服驱动器、与超声波焊接单元连接的超声波发生器，伺服驱动器与超声波发生器均连接至PLC控制模块，PLC控制模块还分别通过速度采集器与底辊连接、通过温度传感器与超声波焊接单元连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术采用伺服驱动结合PLC控制模块，能够实现超声波焊接的全闭环控制，从而提高焊接质量及稳定性。从而提高焊接质量及稳定性。从而提高焊接质量及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种伺服驱动超声波焊接系统


[0001]本技术涉及超声波焊接
，尤其是涉及一种伺服驱动超声波焊接系统。

技术介绍

[0002]超声波焊接是通过超声发生器将50Hz或60Hz的工频交流电转换为20kHz、30kHz或40kHz等电能产生高频高压电流，从而激励压电陶瓷产生高频振动，最后通过调幅器将振幅放大，再通过焊头将高频振动传递到被焊接材料上，激励材料分子运动，分子与分子这间相互碰撞和摩擦，快速生热并相互熔合为一体。
[0003]在薄膜及无纺布焊接、复合及冲切领域，传统的超声焊接通常采用恒定压力或间隙，随速度变化调用预置参数，如图1所示，通常采用垂直式超声焊接单元A加旋转底辊B的方式，使用气缸或电机驱动，以控制焊接压力和焊接间隙，通过超声的高频振动和外部压力作用完成对材料的焊接。
[0004]上述方式只能通过预置参数焊接，不能与焊接结果形成闭环。使得生产过程中需要不断校验和调整，焊接结果很不稳定。尤其对于一些高速、连续的应用有很大的局限性，如无法满足一些超薄及弹性材料在高速模式下的焊接、复合及冲孔等应用。具体的，传统超声波焊接采用气缸或电机驱动焊接单元通过垂直往复的运动，对材料施加恒定的的压力及保持固定的间隙，其焊接存在以下局限性：
[0005]传统方式控制精度不高，调试周期长，应用难度大，批量生产稳定性不高；
[0006]焊接过程中材料厚度变化及部件发热会造成焊接头尺寸变化，导致过焊或设备过载；
[0007]焊接参数与实际焊接结果无法实现闭环控制，当焊接速度或材料厚度变化时焊接质量不可控。
[0008]由于当前超声波焊接无法做到全闭环控制，在面对高速及复杂的应用环境时，也就无法满足和保证焊接质量及稳定性。

技术实现思路

[0009]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种伺服驱动超声波焊接系统，以实现焊接过程的全闭环控制，从而提高焊接质量及稳定性。
[0010]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种伺服驱动超声波焊接系统，包括安装在可移动式机架上的超声波焊接单元和底辊，所述超声波焊接单元与底辊的圆周表面垂直相对设置，所述超声波焊接单元的顶部连接有用于驱动超声波焊接单元上下移动的伺服单元，所述伺服单元、超声波焊接单元分别与控制柜连接，所述控制柜与后台主机连接，所述控制柜内设置有与伺服单元连接的伺服驱动器、与超声波焊接单元连接的超声波发生器，所述伺服驱动器与超声波发生器均连接至PLC控制模块，所述PLC控制模块还分别通过速度采集器与底辊连接、通过温度传感器与超声波焊接单元连接。
[0011]进一步地，所述PLC控制模块包括PI运算器和频率补偿器，所述PI运算器根据超声波发生器的功率反馈值以及设定的目标功率值，对应计算输出伺服位置及扭矩信号给伺服驱动器，所述频率补偿器根据超声波发生器的频率反馈值，对应输出频率补偿信号给超声波发生器。
[0012]进一步地，所述PLC控制模块通过CCLINK
‑
IE协议与伺服驱动器进行光纤通信连接。
[0013]进一步地，所述PLC控制模块通过MODEBUS_TCP协议与超声波发生器通信连接。
[0014]进一步地，所述速度采集器具体为用于采集底辊转速的旋转编码器。
[0015]进一步地，所述PLC控制模块连接有用于探测超声波焊接单元与底辊接触位置信息的金属检测器。
[0016]进一步地，所述PLC控制模块连接有与超声波焊接单元相连接的冷却控制单元。
[0017]进一步地，所述可移动式机架上设置有用于安装超声波焊接单元的支架。
[0018]进一步地，所述支架上平行等间距地设置有多个用于安装超声波焊接单元的安装位。
[0019]进一步地，所述可移动式机架上设置有用于安装底辊的对接式安装平台。
[0020]与现有技术相比，本技术采用伺服驱动超声波进行高速连续或间断焊接，将伺服单元、超声波焊接单元分别与控制柜连接，在控制柜内设置有与伺服单元连接的伺服驱动器、与超声波焊接单元连接的超声波发生器，且伺服驱动器与超声波发生器均连接至PLC控制模块，PLC控制模块分别通过速度采集器与底辊连接、通过温度传感器与超声波焊接单元连接，由此通过对预置参数和焊接结果实时运算更新焊接参数，焊接时根据超声波反馈的功率与设定目标功率的比较，利用PLC控制模块快速运算以匹配出新的焊接参数，并进行自动优化和补偿，以此控制伺服单元的位置和扭矩调整，从而实现整个焊接过程的全闭环控制，基于全闭环控制，能够在速度及材料不断变化的情况下，有效保证焊接效果的均匀性及稳定性。
附图说明
[0021]图1为现有超声波焊接装置的结构示意图；
[0022]图2为本技术的系统外部结构示意图；
[0023]图3为本技术的系统连接结构示意图；
[0024]其中：1、机架，2、对接式安装平台，3、支架，4、伺服单元，5、超声波焊接单元，6、底辊，7、控制柜，8、后台主机，701、伺服驱动器，702、超声波发生器，703、PLC控制模块，704、冷却控制单元，705、金属检测器，706、速度采集器，707、温度传感器。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。
[0026]实施例：
[0027]如图2和图3所示，一种伺服驱动超声波焊接系统，包括安装在可移动式机架1上的超声波焊接单元5和底辊6，机架1上设置有用于安装超声波焊接单元5的支架3以及用于安装底辊6的对接式安装平台2，支架3上平行等间距地设置有多个用于安装超声波焊接单元5
的安装位，图2中安装了两台超声波焊接单元，由此可根据实际应用场景选用单台或多台无缝组合安装。
[0028]超声波焊接单元5与底辊6的圆周表面垂直相对设置，超声波焊接单元5的顶部连接有用于驱动超声波焊接单元5上下移动的伺服单元4，伺服单元4、超声波焊接单元5分别与控制柜7连接，控制柜7与后台主机8连接，控制柜7内设置有与伺服单元4连接的伺服驱动器701、与超声波焊接单元5连接的超声波发生器702，伺服驱动器701与超声波发生器702均连接至PLC控制模块703，PLC控制模块703还分别通过速度采集器706与底辊6连接、通过温度传感器707与超声波焊接单元5连接，通过速度采集器706将底辊6的旋转速度采集后传输给PLC控制模块703，本实施例中，速度采集器706选用旋转编码器，通过温度传感器707将超声波焊接单元5的实时工作温度采集后传输给PLC控制模块703，其中，PLC控制模块703包括PI运算器和频率补偿器，PI运算器根据超声波发生器702的功率反馈值以及设定的目标功率值，对应计算输出伺服位置及扭矩信号给伺服驱动器701，频率补偿器根据超声波发生器702的频率反馈值，对应输出频率补偿信号给超声波发生器702。
[0029]本实施例中，PLC控制模块703通过CCLINK
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IE协议与伺服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种伺服驱动超声波焊接系统，其特征在于，包括安装在可移动式机架(1)上的超声波焊接单元(5)和底辊(6)，所述超声波焊接单元(5)与底辊(6)的圆周表面垂直相对设置，所述超声波焊接单元(5)的顶部连接有用于驱动超声波焊接单元(5)上下移动的伺服单元(4)，所述伺服单元(4)、超声波焊接单元(5)分别与控制柜(7)连接，所述控制柜(7)与后台主机(8)连接，所述控制柜(7)内设置有与伺服单元(4)连接的伺服驱动器(701)、与超声波焊接单元(5)连接的超声波发生器(702)，所述伺服驱动器(701)与超声波发生器(702)均连接至PLC控制模块(703)，所述PLC控制模块(703)还分别通过速度采集器(706)与底辊(6)连接、通过温度传感器(707)与超声波焊接单元(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种伺服驱动超声波焊接系统，其特征在于，所述PLC控制模块(703)包括PI运算器和频率补偿器，所述PI运算器根据超声波发生器(702)的功率反馈值以及设定的目标功率值，对应计算输出伺服位置及扭矩信号给伺服驱动器(701)，所述频率补偿器根据超声波发生器(702)的频率反馈值，对应输出频率补偿信号给超声波发生器(702)。3.根据权利要求1所述的一种伺服驱动超声波焊接系统，其特征在于，所述PLC控制模块(703)...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雄召，徐一琪，严其华，
申请(专利权)人：必能信超声上海有限公司，
类型：新型
国别省市：