振動(dòng)焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本案是申請(qǐng)?zhí)枮?01110253624. 0發(fā)明名稱為振動(dòng)焊接系統(tǒng)的發(fā)明專利申請(qǐng)的分 案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及振動(dòng)焊接，并且特別地涉及用于振動(dòng)焊接的電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 線性振動(dòng)焊接機(jī)在工業(yè)中使用以便通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的線性 振蕩運(yùn)動(dòng)來(lái)焊接兩個(gè)塑料部件。在用力將部件壓在一起時(shí)，振蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱量，其熔融塑料 部件的鄰近表面并且在部件冷卻之后產(chǎn)生焊接。
[0004] -個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的振動(dòng)移動(dòng)是通過(guò)定位在焊接機(jī)的可移動(dòng)部件和固 定部件之間的兩個(gè)電磁體產(chǎn)生的。兩個(gè)電磁體沿相同坐標(biāo)線，但以相反方向施加力。電磁 體以180°相移激勵(lì)，以使得當(dāng)?shù)谝浑姶朋w被激勵(lì)時(shí)，第二電磁體是去激勵(lì)的。相反地，當(dāng)?shù)?二電磁體被激勵(lì)時(shí)，第一電磁體是去激勵(lì)的。
[0005] 所希望的是將激勵(lì)循環(huán)的頻率保持在焊接機(jī)的可移動(dòng)的機(jī)械部件的諧振頻率；以 便允許將最大能量傳遞到要被焊接的部件。還希望控制施加給電磁體的能量，以便在焊接 期間保持希望的塑料熔融水平。
[0006] 控制電磁體的以前的方法實(shí)現(xiàn)在激勵(lì)/去激勵(lì)循環(huán)之間180°相移(參見(jiàn)例如美 國(guó)專利號(hào)7, 520, 308)，但它們?nèi)跃哂腥秉c(diǎn)。例如，當(dāng)三相輸出驅(qū)動(dòng)用來(lái)控制兩個(gè)電磁體時(shí)， 其中的兩相用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電磁體，并且兩個(gè)電磁體具有連接到第三相的共用線。因此使第 三相被加載第一或第二相的兩倍那樣多，其施加壓力于第三相控制元件（通常為IGBT晶 體管）。而且，激勵(lì)和去激勵(lì)的總時(shí)限是固定的，而PWM用來(lái)控制遞送給每個(gè)電磁體的能量 的數(shù)量，因?yàn)镻WM控制器是以三相電動(dòng)機(jī)控制的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)解決方法。但其具有慢響應(yīng)時(shí)間 的缺點(diǎn)，受PWM控制器的頻率限制。此外，針對(duì)該應(yīng)用使用PWM控制器引起輸出功率元件 (IGBT晶體管）的過(guò)度切換，其接著又導(dǎo)致不需要的功率損失、過(guò)度電氣噪聲和較低的系統(tǒng) 可靠性。
[0007] 測(cè)量可移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率的以前的方法涉及頻率掃描。在掃描模式中， 將相當(dāng)?shù)偷碾妷海ㄍǔＷ畲笾档?〇%_25%)施加給電磁體并且使頻率以小的增量（通常0. 1 Hz)從機(jī)器的操作范圍（通常從200 Hz到240 Hz)的最低頻率到最高頻率步進(jìn)。當(dāng)頻率 步進(jìn)時(shí)，監(jiān)視振幅反饋和/或驅(qū)動(dòng)電流輸出。諧振頻率被確定為具有最高振幅反饋和/或 最低電流輸出驅(qū)動(dòng)的頻率。一旦確定諧振頻率的值，就將其存儲(chǔ)在控制模塊（通常為可編 程邏輯控制器或PLC)的存儲(chǔ)器中并且被傳到驅(qū)動(dòng)器作為其固定操作頻率。限定諧振頻率 的該方法是相當(dāng)準(zhǔn)確的，但具有一些固有缺點(diǎn)。首先，其需要操作員記得轉(zhuǎn)向"調(diào)諧"模式 來(lái)掃描該頻率，其在制造環(huán)境中常常被遺忘。其次，過(guò)程本身是相當(dāng)耗時(shí)的并且將占用3-5 分鐘，其在高體積生產(chǎn)環(huán)境中也是不希望的。第三，掃描路線選擇不解決在高體積和高負(fù)載 類型應(yīng)用中機(jī)器和工具變熱的問(wèn)題。當(dāng)機(jī)器和其組件變熱時(shí)，諧振頻率下降。如果沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)新的諧振頻率，則機(jī)器將離開(kāi)其最佳機(jī)械諧振，并且因此汲取更多的電流，從而產(chǎn)生更多 的熱量并且在其關(guān)鍵組件上引起更大應(yīng)力。雪崩效應(yīng)（或失控狀況）將出現(xiàn)。為了對(duì)這補(bǔ) 救，操作員不得不每個(gè)小時(shí)左右運(yùn)行頻率掃描，這再次損害制造效率。
[0008] 控制焊接過(guò)程的以前的方法基于使用PLC。通過(guò)PLC監(jiān)視并控制焊接部件的線性 位置和在焊接期間各焊接部件之間的壓力?；趶膫鞲衅鳙@得的信息，通過(guò)PLC控制提升 平臺(tái)和接合焊接部件的液壓缸。當(dāng)PLC具有所有必要的輸入/輸出通道以便提供這樣的控 制時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間是相當(dāng)緩慢的（通常從5 ms到20 ms)，這會(huì)影響焊接過(guò)程的可重復(fù)性和 精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開(kāi)提供一種通過(guò)實(shí)現(xiàn)第一工件相對(duì)于第二工件的往復(fù)移動(dòng)而且將工件推進(jìn) 到一起來(lái)焊接第一和第二工件的振動(dòng)焊接系統(tǒng)。該振動(dòng)焊接系統(tǒng)包括第一和第二工件支 架，其中第一工件支架被安裝以用于相對(duì)于第二工件支架進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)。將一對(duì)電磁體耦 合到第一工件支架來(lái)實(shí)現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動(dòng)，并且將電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耦合到電磁體來(lái) 連續(xù)地激勵(lì)和去激勵(lì)彼此有相位差的電磁體以實(shí)現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包 括：DC電流源；多個(gè)可控制的電子開(kāi)關(guān)裝置，其用于可控地將該源耦合到每一個(gè)電磁體并 且從每一個(gè)電磁體去耦合該源；電流傳感器，其耦合到電磁體并且產(chǎn)生表示供應(yīng)給電磁體 的電流的信號(hào)；以及控制電路，其耦合到電子開(kāi)關(guān)裝置并且接收由電流傳感器產(chǎn)生的信號(hào) 以便使該開(kāi)關(guān)裝置接通和關(guān)斷，從而控制電磁體的激勵(lì)和去激勵(lì)以實(shí)現(xiàn)第一工件支架的往 復(fù)移動(dòng)。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一工件支架是具有振動(dòng)的諧振頻率的可移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的一 部分，將控制電路編程為保持對(duì)于激勵(lì)和去激勵(lì)每一個(gè)電磁體的每個(gè)連續(xù)循環(huán)的預(yù)先選擇 的時(shí)間段，并且該預(yù)先選擇的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于可移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方式中，控制電路被配置成將由電流傳感器產(chǎn)生的信號(hào)與預(yù)置電流水 平相比較并且控制供應(yīng)給電磁體的電流，并且由此控制供應(yīng)給電磁體和由此供應(yīng)給工件的 能量的數(shù)量。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)由控制電路激活的液壓驅(qū)動(dòng)器來(lái)接合第二工件。通過(guò)控 制電路來(lái)監(jiān)視在接合的第一和第二工件之間的壓力以及第二工件的線性位置。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 可以通過(guò)結(jié)合附圖參考以下描述來(lái)更好的理解本發(fā)明，其中： 圖1是用于振動(dòng)焊接機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的示意圖。
[0014] 圖2是通過(guò)圖1的電氣控制系統(tǒng)供應(yīng)給振動(dòng)焊接機(jī)中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電磁體的激勵(lì)電 流的時(shí)序圖。
[0015] 圖3是通過(guò)圖1的電氣控制系統(tǒng)供應(yīng)給與振動(dòng)焊接機(jī)中的電磁體的其中之一相關(guān) 聯(lián)的四個(gè)絕緣柵雙極晶體管（IGBT)的控制信號(hào)的時(shí)序圖。
[0016] 圖4是對(duì)應(yīng)于圖2的上線的第一循環(huán)的時(shí)序圖，但具有用于供應(yīng)給振動(dòng)焊接機(jī)中 的電磁體的電流的最大值的不同設(shè)置點(diǎn)。
[0017] 圖5A-?是與振動(dòng)焊接機(jī)中的電磁體的其中之一相關(guān)聯(lián)的四個(gè)IGBT的電氣示意 圖，并且圖示在圖2的時(shí)序圖中的電流的其中之一的一個(gè)循環(huán)期間通過(guò)那些IGBT的電流。
[0018] 圖6是包括在圖1的電氣控制系統(tǒng)中的控制模塊中的電路的一個(gè)實(shí)施例的電氣示 意圖，以便控制IGBT的其中之一。
[0019] 圖7是圖示圖1- 6的系統(tǒng)的"聲脈沖（ping)"操作模式的波形的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 盡管將與某些優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合來(lái)描述本發(fā)明，但將會(huì)理解本發(fā)明不局限于那些特 定的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意圖涵蓋包括在如所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)的所有替代、修改和等同布置。
[0021] 圖1圖示包括在支撐塑料部件乃的移動(dòng)元件12的相對(duì)端部處具有轉(zhuǎn)子10和11 的兩個(gè)固定電磁體ZJP Zf (例如附著于固定框架）的線性振動(dòng)焊接機(jī)。當(dāng)電磁體Zr被激 勵(lì)時(shí)，將焊接機(jī)的移動(dòng)元件12移到左側(cè)（如圖1中所看到的那樣），并且當(dāng)電磁體&被激 勵(lì)時(shí)，將移動(dòng)元件12移到右側(cè)。用180°相移將兩個(gè)電磁體ZjP &順序地激勵(lì)和去激勵(lì)， 以便引起移動(dòng)元件12和穩(wěn)固地附著于移動(dòng)元件12的塑料部件乃的振動(dòng)。當(dāng)塑料部件乃 振動(dòng)時(shí)，通過(guò)液壓缸28將施壓于固定的塑料部件以使得振動(dòng)的塑料部件/^目對(duì)于固定 的塑料部件A的振蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生引起兩個(gè)塑料部件的接合表面熔融的熱量，使得當(dāng)振動(dòng)停止 時(shí)，兩個(gè)部件被焊接