[发明专利]被动阻尼振动焊接系统和方法

说明书

技术领域

本发明公开内容涉及一种利用被动阻尼技术来优化焊接质量的超声焊接系统。

背景技术

在超声焊接过程中，被夹紧工件的临近表面被利用振动能量连接。经过工件材料的振动能量传递沿界面连接的工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终粘结在一起。

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。工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。

发明内容

此处公开的一种振动焊接系统包括振动焊头（sonotrode）/焊接角（welding horn）、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θ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旨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，根据一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，从而在工件中形成焊接点。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。

在另一个实施例中，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。

一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发明的优选方式，本发明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砧座组件。

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。

具体实施方式

参考附图，其中，相似的参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工艺——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发明的范围。

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θ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。