[发明专利]具有薄膜传感器的振动焊接系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有一个或多个薄膜传感器的振动焊接系统。

背景技术

在振动焊接过程中，使用高频率振动能量使被夹持的工件的邻近表面被联接。振动能量传播通过被夹持工件材料，产生沿相接工件表面的摩擦和热。热使相接表面软化，所述相接表面最终在冷却时联接在一起，以形成焊接接合部。

振动焊接系统包括各种相互相连接的焊接装置。在相互相连接的焊接装置中最重要的是振动超声发生器/焊接触针和砧组件。砧组件可包括砧和背板，其中砧经由背板栓接或者附接至刚性支撑构件。工件被夹持在触针和砧的工作表面之间。进而响应于来自焊接控制器/电源的高频率输入而使得触针以经校准的频率和振幅振动。

发明内容

这里公开了一种振动焊接系统，其在振动焊接过程中使用至少一个薄膜传感器。该系统包括砧、焊接触针、薄膜传感器或多个这样的传感器，以及过程控制器。砧和焊接触针具有各自的第一和第二工作表面，即在振动焊接过程中接触被夹持的工件的表面。每个薄膜传感器相对于系统中的一个工作表面定位。传感器测量工作表面处的控制值，例如温度/热流值。传感器将测得的控制值传送至过程控制器。控制器配置为部分地使用测得的控制值控制振动焊接系统。

另外，用于振动焊接系统中的组件包括焊接装置，所述焊接装置具有：在振动焊接过程期间接触工件的工作表面；至少一个薄膜传感器，其相对于工作表面定位；和过程控制器，其与传感器（一个或多个）通信。每个薄膜传感器测量工作表面处的控制值，并将测得的控制值传送至过程控制器。过程控制器则部分地使用测得的控制值控制振动焊接系统。

还公开了一种振动焊接方法，其包括提供具有槽（一个或多个）的焊接装置，每个槽装置为邻近焊接装置的工作表面。该方法进一步包括将薄膜传感器插入相应的其中一个槽中，进而使用被插入的薄膜传感器来测量工作表面处的控制值。该方法进一步包括将测得的控制值传送至过程控制器，随后部分地使用该测得的控制值控制振动焊接系统。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是使用一个或多个如这里所述的薄膜传感器的振动焊接系统的示意图；

图2是可用于图1的振动焊接系统的示例焊接砧（anvil）的示意性图示；

图3是图2中示出的焊接砧的另一个示意性图示；

图4是可用于图1的振动焊接系统内的薄膜传感器的示例传感器布置的示意图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记代表相同的部件，图1中显示了示例振动焊接系统10。系统10配置为使用所应用的、处于超声或其他适当频率范围内的振动能量在工件22内形成焊接接合部。系统10包括各种互相连接的焊接装置，包括至少一个砧组件12和振动超声发生器/焊接触针14。下面参考图2和3的详细叙述，用在系统10中的一个或多个焊接装置可配置为接收薄膜传感器20，所述薄膜传感器在图1中示意性地示出。系统10的总体控制可至少部分地通过控制值（箭头34）而被通知，所述控制值由薄膜传感器20或由多个这样的传感器20测量。

例如，每个薄膜传感器20可实施为温度/热流传感器。当以此方式配置时，薄膜传感器20可包括多个热电偶和/或热电堆，在焊接接合部在工件22中被形成时所述热电偶和/或热电堆共同地测量焊接接合部附近的焊接温度和相关的热流。可以结合总体过程监控、控制和预防维护来进行和使用这种测量。下面参考图2和3描述用于插入和/或附接薄膜传感器20的各种选项，同时参考图4描述用于薄膜传感器20的示例性传感器布置。

通常，这里使用的薄膜传感器20可配置为微电子机械系统（MEMS）传感器。如本领域所知，MEMS传感器可制成在导电基底的薄片上，使用例如低压化学汽相沉积、光刻法、掩模法或其他构造步骤。薄膜传感器20可以是市场上可获得的任意MEMS传感器，例如形为微型环或纳米光子晶体谐振器的光子器件。

图1中所示的砧组件12可包括砧16和背板18。砧16可被连接至背板18和支撑构件21。总体地，在振动焊接过程期间，砧组件12提供相对坚硬的金属块，所述金属块与焊接触针14相反地定位。

焊接触针14可以包括焊接片23。焊接片23可形成具有滚花图案的工作表面，例如形为凸起的块、脊部、或任何其他纹理的图案，其提供用于抓持工件22的足够的牵引力。砧16可包括带纹理工作表面25，所述带纹理工作表面具有类似的滚花图案。焊接片23和带纹理工作表面25一起促进振动焊接过程期间的工件22的牢固抓持。