[发明专利]用于超声波焊接系统的间隙调整

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定振动主体和固定点之间的间隙的方法和系统，并尤其涉及基于振动主体的谐振频率达到这种确定的系统和方法。

背景技术

在超声波焊接(有时称作“声学焊接”和“声波焊接”)中，将要接合的两个部分(通常为热塑性部分)邻近用于传递振动能的称为超声波“角部(horn)”的工具放置。这些部分(或“工件”)在角部和砧台之间受限。时常，角部垂直放置在工件和砧台上方。角部通常在20,000赫兹到40,000赫兹振动，在压力作用下通常以磨擦力热的形式将能源转移到这些部分。由于磨擦热和压力，这些部分的至少其中之一的一部分变软或熔合，由此接合这些部分。

在焊接过程期间，交流电(AC)信号供应给角部堆(horn stack)，其包括转换器、增压器和角部。转换器(还称为“换能器”)接收AC信号并通过在等于该AC信号的频率处压缩和膨胀进行响应。因此，声波穿过转换器行进至升压器。当声波传播经过升压器时，其被放大并由角部接收。最后，波前传播经过角部，并传到工件上，由此将它们焊接在一起，如上所述。

另一类型的超声波焊接是“连续超声波焊接”。这种类型的超声波焊接典型用于封闭织物和薄膜，或其它的“网状”工件，其能以通常连续的方式供给经过焊接装置。在连续焊接过程中，超声波角部通常静止且将被焊接的部分在其下方移动。一种类型的连续超声波焊接使用旋转式固定的杆状角部和旋转砧台。工件供给在杆状角部和砧台之间。角部通常向工件纵向延伸并且振动沿着角部轴向行进进入工件。在另一种类型的连续超声波焊接中，角部为旋转型，其是圆柱形且关于纵轴旋转。该输入振动在角部的轴向上，且输出振动在角部的径向上。角部放置在砧台附近，其通常还能旋转使得将要焊接的工件以线性速度经过圆柱表面之间，其基本等于圆柱表面的切线速度。这种类型的超声波焊接系统在美国专利No.5,976,316中进行了描述，其全部内容引入作为参考。

在上述的每种超声波焊接技术中，将要接合的工件在焊接过程期间放置在角部和砧台之间。焊接的一种方式是通过固定角部和砧台之间的间隙。当它们正在接合时，角部和砧台之间的间隙产生适当支撑工件的夹紧力。为了产生统一和可靠的焊接操作，期望维持角部和砧台之间的间隙不变。

在操作过程中，角部堆的一个或多个组件，包括角部、它本身，通常经受温度升高。因此，角部堆通常经受热膨胀。当角部堆膨胀时，角部和砧台之间的间隙减小--结果对前述的产生统一和可靠的焊接操作的目标有害。

如上文所指出的，现存的超声波焊接方案中存在的缺点在于角部堆和砧台之间的间隙在连续焊接操作期间变得更窄。

发明内容

与背景技术相对，产生了本发明。该方法包括将角部邻近于砧台放置，从而在角部和砧台之间建立一个间隙。力施加到角部，从而向砧台推进角部。可变形止挡件被放置在一个位置，使得施加的推进力使操作性连接到角部的元件邻接可变形止挡件，并使止挡件变形。推进力在角部操作期间被反复调整，由此调整可变形止挡件的变形程度，以及维持角部和砧台之间的间隙基本不变。

依照另一实施例，系统包括一个安装部，该安装部包括平移元件和固定的弹性可变形止挡件。角部耦接到超声能量源。角部操作性连接到平移元件。砧台通过一个间隙与角部分离。施力器配置成向砧台推进角部，并通过改变角度使操作性耦接到角部的元件接触弹性可变形止挡件并使其变形，使得角部和砧台之间的间隙在系统操作期间基本保持不变。

还根据另一实施例，该系统包括通过安装系统与砧台分离的角部。超声能量源耦接到角部。该系统还包括用于在角部经受热膨胀的同时将所述分离程度基本维持在不变的长度的装置。

附图说明

图1描述耦接到能源的简单超声波焊接角部堆的一个实施例。

图2描述耦接到图1的超声波焊接角部堆的安装系统的一个实施例。

图3描述用于确定在角部和砧台之间的间隙的长度的系统的一个实施例。

图4A描述可以用作间隙确定单元的一部分的表格的一个示意性实施例。

图4B描述确定间隙长度的方法的一个示意性实施例。

图5A描述用在连续超声波焊接操作中的简单旋转超声波焊接角部的一个实施例。

图5B描述确定间隙长度的方法的一个示意性实施例。

图6描述用于维持焊接角部和砧台之间的间隙基本不变的系统的一个示意性实施例。

图7描述用于调整焊接角部和砧台之间的间隙的系统的一个示意性实施例。