被动阻尼振动焊接系统和方法技术方案

一种振动焊接系统，其包括控制器、焊接角、砧座和被动阻尼机构（PDM）。控制器产生具有校准频率的输入信号。角以响应输入信号的校准频率在期望的第一方向振动，从而在工件中形成焊接点。PDM被相对于系统布置，并且实质上抑制或者减弱在非期望的第二方向的振动。一种方法包括将具有校准特性和自然频率的PDM连接到超声焊接系统的砧座。然后，输入信号被利用焊接控制器产生。该方法包括在期望方向响应输入信号振动焊接角，并且利用PDM在非期望方向被动地阻尼振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开内容涉及ー种利用被动阻尼技术来优化焊接质量的超声焊接系统。
技术介绍
在超声焊接过程中，被夹紧エ件的临近表面被利用振动能量连接。经过エ件材料的振动能量传递沿界面连接的エ件表面产生表面摩擦和热。热软化界面连接表面，该表面在结果的焊点或其他焊缝处最終粘结在一起。典型的超声焊接系统包括各种相互连接的焊接部件。在这些部件中首要的是振动焊头/焊接角和砧座组件。砧座组件可包括砧座和支撑板，砧座被通过支撑板栓接或以其他方式连接到刚性支持件。エ件被夹紧在角和砧座之间。角于是响应来自焊接控制器/电源高频的输入信号而被促动以校准频率和振幅振动。
技术实现思路
此处公开的ー种振动焊接系统包括振动焊头(sonotrode) /焊接角(weldinghorn)、砧座组件和被动阻尼机构(PDM)。砧座组件包括砧座和支撑板。PDM可相对于系统的适当部分(例如砧座组件)布置，从而抵消或抑制发生在系统中的某些非期望振动。虽然常规超声焊接系统使用多种装置控制在期望方向(例如垂直的X方向)给角的输入振动，常规砧座设计未能解决在其他方向的振动，例如水平的z或者旋转0方向。在给定应用中所期望的实际方向可随着工件材料和组成焊接系统的各种装置的变化而改变。为了说明的一致性，X方向在下文被称为期望的，同时在任何其他方向的振动被称为非期望的。此处应认识到砧座刚度和其他系统设计特性可以有助于这种非期望振动，并且这些非期望振动可降低结果的焊接质量。足够的拉伸强度以及最少的变形、穿孔和开裂都是期望的焊接质量。降低的焊接工具疲劳和延长的工具寿命都是期望的系统质量。因此，当前的被动阻尼方法g在通过如下详细阐述的PDM的使用来优化这些和其他的质量。特别地，根据ー个实施例的振动焊接系统包括控制器、焊接角、砧座和相对于系统定位的PDM。控制器产生具有校准频率的输入信号。焊接角接收输入信号并且以响应输入信号的校准频率在期望的第一方向振动，从而在エ件中形成焊接点。角还在非期望的第二方向振动。PDM的校准特性实质上抑制或减弱在非期望的第二方向的振动。在另ー个实施例中，PDM被相对于砧座定位，并包括第一和第二部分。第一部分被定位在砧座组件的砧座和支撑板之间。第二部分将PDM的第一或者更高的自然频率调谐到校准频率。第二部分可限定相对于砧座的悬臂结构，从而实质上拟制或减弱砧座在非期望的第二方向的振动。ー种方法还被在此处公开用于抑制在超声焊接过程中的非期望振动。该方法包括相对于超声焊接系统的砧座连接PDM。PDM具有校准长度和第一自然频率。该方法还包括利用焊接控制器产生输入信号。输入信号具有校准的超声频率。此后，该方法包括在响应输入信号的期望方向并且也在非期望方向振动焊接角。在非期望方向的振动被利用PDM被动地抑制。PDM的校准长度将PDM的第一自然频率调谐到输入信号的校准超声频率。当结合附图，从以下具体描述的用于执行本专利技术的优选方式，本专利技术的以上特点和优点以及其他特点和优点是显而易见的。附图说明图1是示例振动焊接系统的示意图,振动焊接系统具有包括示例阻尼机构的站座组件。图2是示例阻尼机构的示意图，该阻尼机构与在图1中示出的焊接系统一起是可用的。图3是示例阻尼机构的示意图，该阻尼机构具有填充摩擦阻尼材料的空隙或者凹槽。图4是示例阻尼机构的示意性侧视图，该机构具有多个叠层。图5是描述用于被动地拟制或减缓图1所示系统中砧座振动方法的流程图。具体实施例方式參考附图，其中，相似的參考标记代表相似的部件，示例超声焊接系统在图1中示出。系统10被配置来利用在本领域熟知的エ艺——超声振动来形成焊接接头。为了说明的一致性，虽然常规术语“超声”在以下被提到，本领域技术人员应意识到其他频率范围可也被使用而没有背离预期专利技术的范围。图1的系统10被特别配置来被动地抑制或减弱某些非期望振动。例如，在振动焊接过程中，期望的振动可被赋予X方向，而发生在任何其它方向(例如指示的横向z或者旋转e方向)的振动是非期望。因此，术语“期望”和“非期望”涉及想要的方向，该方向可根据应用而变化。为了说明的清楚性和一致性，X方向振动在以下被当作期望振动，而抑制相对于发生在任何其它方向的振动。系统10的砧座组件12可包括砧座14和支撑板16。砧座14可通过螺栓70紧固到支撑板16。支撑板16可依次被连接到支持件60。砧座振动可由各种结构特点引起，包括但不限于任何通过螺栓70连接的刚度，支持件60，以及系统10构造的几何/材料，该构造包括但不限于被焊接的特殊エ件22。认识到此处非期望砧座振动可反作用于形成在エ件22中的结果焊缝质量。正如此处所述，这种非期望振动被被动地抑制。图1的系统10包括不同的焊接装置，包括砧座组件12和振动焊头/焊接角24。在焊接过程中，作为整体，砧座14提供足够用来阻止角24的相对刚性量。角24可包括焊接垫23。垫23可包括例如突出的隆起、脊的压花形式，或者任何其他的为夹紧エ件22提供足够摩擦的纹理形式。砧座14可同样地具有相似的垫25以及压花形式。垫23和25 —起使エ件22的可靠夹紧容易。为了适当地驱动和控制超声焊接过程，焊接电源30可被用来将可用电源转换为更有益于振动焊接的形式。例如，电源30可被电气连接到任何适当的能源，例如50-60HZAC壁式插座。在这个例子中，电源30可包括要求的电压整流器和变换器，其用于产生适合于振动焊接的高频波形。电源30可包括焊接控制器33，其作为所示电源的一部分或者作为独立装置。电源30和焊接控制器33最后将电源转换为合适的功率控制信号，该信号具有适合于在振动焊接过程中使用的预定波形特征，例如几赫兹(Hz)到大约40KHz的频率，或者根据特别应用的更高频率。附加设备可包括变换器26和増幅器28。变换器26具有要求的机械结构，用于产生响应输入信号(箭头31)的机械振动，例如压电堆。増幅器28放大输入信号(箭头31)的振动振幅(该输入信号具有校准频率)，和/或用于改变在角24和砧座14之间任何所用夹紧カ的方向。仍然參考图1，砧座组件12包括被动阻尼机构(PDM)18。如在实施例中所示，PDM18是被放置在站座14和支撑板16之间的垫片。然而,PDM18可放置在系统10中的任何地方，例如在砧座14上或在エ件22上，正如分别以虚线表示的由替换的PDM180和280所指示的那样。在特殊实施例中，多PDM例如PDM18、180和280可沿非期望振动的每个衰减特定方向在相同的系统10中被同时使用。在一个实施例中阻尼机构18可为调谐质量阻尼器(TMD)，其中，阻尼机构18以自然/共振频率为特征。这种可为第一、第二或更高自然频率的自然/共振频率在图1中被通过示例波形21示意表示。PDM18的校准特性，例如长度、尺寸、几何、构造材料等等，被配置来将PDM18的自然频率调谐到输入信号(箭头31)的校准频率。在其他实施例中，PDM18可使用摩擦阻尼和/或材料阻尼来抑制发生在系统10中(例如在砧座14)的非期望振动。在图1示出的主要实施例中的阻尼机构18可包括第一部分19和第二部分20。部分19和20可为整体或分离的形式。第一部分19可被可选择地布置在砧座14上、在エ件22上、在图1中所示的砧座14和支撑板16之间、在支撑板18和支持件60之间等等。第二部分20可从砧座1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动焊接系统，包括：控制器，其被配置来产生具有校准频率的输入信号；焊接角，其响应输入信号以校准频率沿期望的第一方向振动，以由此在工件中形成焊接点；砧座，其被相对于焊接角定位；以及被动阻尼机构（PDM），其被相对于振动焊接系统定位；其中，PDM具有校准的阻尼特性组，该特性抑制或减弱沿非期望的第二方向的振动。

【技术特征摘要】
2011.09.30 US 61/541,332;2012.04.03 US 13/438,2001.一种振动焊接系统，包括 控制器，其被配置来产生具有校准频率的输入信号； 焊接角，其响应输入信号以校准频率沿期望的第一方向振动，以由此在工件中形成焊接点； 砧座，其被相对于焊接角定位；以及 被动阻尼机构(PDM)，其被相对于振动焊接系统定位； 其中，PDM具有校准的阻尼特性组，该特性抑制或减弱沿非期望的第二方向的振动。2.如权利要求1所述的系统，其中，PDM被相对于砧座连接并从砧座延伸校准长度，其中，校准长度是阻尼特性中的一个。...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA谭，B康，WW蔡，T吴，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：