[发明专利]一种微纳结构的超声波封接装置及其封接方法

权利要求书

1.一种微纳结构的超声波封接装置，其特征在于：包括超声波发生器（3）、功率调节器（4）、在线超声检测模块（12）、信号处理模块（5）、超声换能器（8）、超声波工具头（9）、运动控制组件、辅助传感组件、调平基座（14）和控制系统（1）；

所述的辅助传感组件包括称重传感器（13）和位移传感器（10），所述的称重传感器（13）和位移传感器（10）分别安装于调平基座（14）上方和直线运动导轨（7）下方，用于检测超声波工具头（9）对零件加载的压力和移动位置；

所述的运动控制组件包括运动控制卡（2）、驱动电机（6）和直线运动导轨（7），所述的控制系统（1）通过运动控制卡（2）与驱动电机（6）连接，驱动电机（6）控制直线运动导轨（7）纵向移动；

所述的控制系统（1）通过电缆依次经功率调节器（4）和超声波发生器（3）后与超声换能器（8）连接，用于控制超声波通断及调节超声波振幅；

所述的控制系统（1）通过电缆经信号处理模块（5）后分别与位移传感器（10）和称重传感器（13）连接；

所述的信号处理模块（5）包括数据采集卡和电荷放大器；

所述的控制系统（1）还通过信号处理模块（5）与在线超声检测模块（12）连接；

所述的在线超声检测模块（12）包括压电传感器（16）、盖板（15）和连接板（17）；

所述的压电传感器（16）选择外形为阶梯形状的压电传感器（16），所述的传感器盖板（15）中心开有阶梯孔，与压电传感器（16）过渡配合，所述的压电传感器（16）安装在传感器盖板（15）的中心阶梯孔中，与连接板（17）通过螺栓连接固定，压电传感器（16）的上测量面略高于传感器盖板（15）上平面；所述的连接板（17）由中心孔向侧向开有贯通孔，用于引出压电传感器（16）的导线，连接板（17）与称重传感器（13）在中心孔位置由螺栓连接；

所述的超声波工具头（9）与超声换能器（8）连接；

所述的调平基座（14）与称重传感器（13）在中心孔位置由螺栓连接，用于调整封接零件承载面水平角度。

2.一种固液分相变振幅控制的超声波封接方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、通过控制系统（1）设置触发压力、分相衰减比、结束衰减比、一阶段振幅、二阶段振幅和保压时间参数；

B、通过控制系统（1）下移超声波工具头（9）使其与待封接零件（11）接触，调整其对待封接零件（11）所施加的压力以达到预设触发压力参数；

C、在达到预设触发压力参数时以一阶振幅参数开启超声波发生器（3），使超声波工具头（9）以一阶振幅加载超声波；在加载超声波同时，通过在线超声检测模块（12）的压电传感器（16）检测传递到待封接零件（11）底面的超声波振幅，通过电荷放大器将压电传感器（16）的弱信号放大，由信号处理模块（5）的数据采集卡的A/D转换功能将数据传输到控制系统（1）中，并通过控制系统（1）记录：开启超声波发生器（3）初始时刻传递到待封接零件（11）底面的超声波振动幅值u₀和在焊接过程中实时检测传递到待封接零件（11）底面的超声波振动幅值u；由控制系统（1）根据以下公式计算振幅的衰减比：

I＝(u₀-u)/u₀

当振幅衰减比达到设定的分相衰减比参数后即通过功率调节器（4）将超声波发生器（3）调整为二阶振幅参数，继续在线检测并实时计算振幅的衰减比，当振幅衰减比到达设定的结束衰减比参数后关闭超声波发生器（3），经过对待封接零件（11）保压一段时间后，上移超声波工具头（9），一次焊接流程结束。