[发明专利]超声焊头的振幅调节

说明书

相关专利申请

本专利申请与2005年1月3日提交的、名称为“FREQUENCYBASED CONTROL OF AN ULTRASONIC WELDING SYSTEM”(基于频率的超声焊接系统控制)、序列号为60/640,978的临时申请和2005年1月3日提交的、名称为“GAP ADJUSTMENT FOR ANULTRASONIC WELDING SYSTEM”(超声焊接系统的间隙调节)、序列号为60/641,048的临时申请有关，这两个申请都以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于决定振动主体和固定点之间间隙的方法和系统，更具体地讲，涉及一种根据振动主体的共振频率确定该间隙的系统和方法。

背景技术

超声焊接(有时被称为“声焊接”或“声波焊接”)时，紧邻被称为超声“焊头”的用于传递振动能量的工具放置待连接的两个零件(通常为热塑性塑料零件)。这些零件(或“工件”)被限定在焊头和砧之间。焊头经常位于在工件和砧的垂直上方。焊头的振动频率范围通常为20,000Hz到40,000Hz，通常在压力作用下将摩擦热形式的能量传递给零件。由于摩擦热和压力的作用，至少一个零件的一部分变软或熔化，因此将零件连接在一起。

在焊接过程中，为焊头组提供交流(AC)信号，该焊头组包括：转换器、放大器和焊头。转换器(也被称为“变换器振子”)接收AC信号，并且通过压缩和扩展以与该AC信号相同的频率响应它。因此，声波通过转换器传播到放大器。由于在声波波前通过放大器传播时，它被放大，并且被焊头接收。最后，波前通过焊头传播，并且施加于工件，从而如前所述将它们焊接在一起。

另一类型的超声焊接是“连续超声焊接”。这一类型的超声焊接通常用于密封织物和薄膜，或者其它的“网状”工件，可采用大致连续的方式使这些工件通过焊接装置。在连续焊接中，超声焊头通常是固定的，并且使待焊接的零件在它的下方运动。一个类型的连续超声焊接使用旋转的位置固定的条状焊头和旋转砧。将工件在送入条状焊头与砧之间。焊头通常朝向工件纵向伸展，并且沿着焊头轴向将振动传递到工件中。在另一类型的连续超声焊接中，焊头为旋转型的，所述焊头是圆柱形的并且绕纵向轴线旋转。在焊头的轴向输入振动，而在焊头的径向输出振动。焊头设置在砧附近，该砧通常也可以旋转，使得待焊接工件以线速度在圆柱形表面之间通过，该线速度大体等于圆柱形表面的切向速度。这一类型的超声焊接系统说明见美国专利No.5,976,316，该专利以引用方式全文并入本文。

在上述每一项超声焊接技术中，均在焊接过程中将待连接工件设置在焊头和砧之间。一种焊接方法是通过在焊头和砧之间固定间隙。焊头和砧之间的间隙产生夹紧力，在连接工件时所述夹紧力将工件保持在位。为了实现均匀、可靠的焊接操作，希望焊头和砧之间的间隙保持不变。

在操作期间，焊头组的一个或多个元件，包括焊头，本身通常经历温度上升。因此，焊头组通常发生热膨胀。随着焊头组膨胀，焊头和砧之间的间隙减小，结果是不利于实现上述提供均匀和可靠焊接操作的目标。

如上所述，现有的超声焊接方案暴露了一个缺点，即在连续焊接操作期间，焊头组和砧之间的间隙变窄。

发明内容

在这样的背景下开发了本发明。根据一个实施例，一种方法包括：将焊头定位在于砧附近，在焊头和砧之间形成间隙。为与焊头相连的转换器施加交流(AC)信号。AC信号显示具有振幅。在焊头工作期间调节AC信号的振幅，使焊头和砧之间的间隙保持基本恒定。

根据另一个实施例，一种系统包括利用支架系统保持的焊头组。通过间隙使砧与焊头组隔开。电源可操作地与焊头组相连，并且被配置成根据指示为焊头组提供给定振幅的交流(AC)信号，并且还被配置成输出指示提供给焊头组的AC信号的频率的数据。控制器可操作地与电源相连。该控制器被配置成可以从电源接收频率数据，并且指示电源递送根据所述频率数据确定的选定的振幅的AC信号。

附图说明

图1示出与能源相连的简单超声焊接焊头组的实施例。

图2示出连接到图1超声焊接焊头组的支架系统的实施例。

图3示出用于确定焊头和砧之间的间隙长度的系统的实施例。

图4A示出可用作间隙确定单元组成部分的表的示例性实施例。

图4B示出确定间隙长度的方法的示例性实施例。

图5A示出用于连续超声焊接操作的简单旋转超声焊接焊头的实施例。

图5B示出确定间隙长度的方法的示例性实施例。