[发明专利]振动焊接系统

说明书

本发明公开一种振动焊接系统。一种振动焊接系统具有耦合到第一工件支架以便实现第一工件支架相对于第二工件的往复移动的一对电磁体，和耦合到电磁体以便连续地激励和去激励彼此有相位差的电磁体来实现第一工件支架的往复移动的电气驱动系统。该驱动系统包括DC电流源；多个可控制的电子开关装置，其用于可控地将所述源耦合到每一个所述电磁体并且从每一个所述电磁体去耦合所述源；电流传感器，其耦合到所述电磁体并且产生表示供应给所述电磁体的电流的信号；以及控制电路，其耦合到所述电子开关装置并且接收由所述电流传感器产生的用于将所述开关装置接通和关断的信号，以便控制所述电磁体的激励和去激励，从而实现所述第一工件支架的往复移动。

本案是申请号为201110253624.0发明名称为振动焊接系统的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及振动焊接，并且特别地涉及用于振动焊接的电子驱动系统。

背景技术

线性振动焊接机在工业中使用以便通过产生一个部件相对于另一个部件的线性振荡运动来焊接两个塑料部件。在用力将部件压在一起时，振荡运动产生热量，其熔融塑料部件的邻近表面并且在部件冷却之后产生焊接。

一个部件相对于另一个部件的振动移动是通过定位在焊接机的可移动部件和固定部件之间的两个电磁体产生的。两个电磁体沿相同坐标线，但以相反方向施加力。电磁体以180°相移激励，以使得当第一电磁体被激励时，第二电磁体是去激励的。相反地，当第二电磁体被激励时，第一电磁体是去激励的。

所希望的是将激励循环的频率保持在焊接机的可移动的机械部件的谐振频率；以便允许将最大能量传递到要被焊接的部件。还希望控制施加给电磁体的能量，以便在焊接期间保持希望的塑料熔融水平。

控制电磁体的以前的方法实现在激励/去激励循环之间180°相移（参见例如美国专利号7,520,308），但它们仍具有缺点。例如，当三相输出驱动用来控制两个电磁体时，其中的两相用来驱动两个电磁体，并且两个电磁体具有连接到第三相的共用线。因此使第三相被加载第一或第二相的两倍那样多，其施加压力于第三相控制元件(通常为IGBT晶体管)。而且，激励和去激励的总时限是固定的，而PWM用来控制递送给每个电磁体的能量的数量，因为PWM控制器是以三相电动机控制的标准驱动解决方法。但其具有慢响应时间的缺点，受PWM控制器的频率限制。此外，针对该应用使用PWM控制器引起输出功率元件(IGBT晶体管)的过度切换，其接着又导致不需要的功率损失、过度电气噪声和较低的系统可靠性。

测量可移动的机械系统的谐振频率的以前的方法涉及频率扫描。在扫描模式中，将相当低的电压(通常最大值的10%-25%)施加给电磁体并且使频率以小的增量(通常0.1Hz)从机器的操作范围(通常从200 Hz到240 Hz)的最低频率到最高频率步进。当频率步进时，监视振幅反馈和/或驱动电流输出。谐振频率被确定为具有最高振幅反馈和/或最低电流输出驱动的频率。一旦确定谐振频率的值，就将其存储在控制模块(通常为可编程逻辑控制器或PLC)的存储器中并且被传到驱动器作为其固定操作频率。限定谐振频率的该方法是相当准确的，但具有一些固有缺点。首先，其需要操作员记得转向“调谐”模式来扫描该频率，其在制造环境中常常被遗忘。其次，过程本身是相当耗时的并且将占用3-5分钟，其在高体积生产环境中也是不希望的。第三，扫描路线选择不解决在高体积和高负载类型应用中机器和工具变热的问题。当机器和其组件变热时，谐振频率下降。如果没有发现新的谐振频率，则机器将离开其最佳机械谐振，并且因此汲取更多的电流，从而产生更多的热量并且在其关键组件上引起更大应力。雪崩效应(或失控状况)将出现。为了对这补救，操作员不得不每个小时左右运行频率扫描，这再次损害制造效率。

控制焊接过程的以前的方法基于使用PLC。通过PLC监视并控制焊接部件的线性位置和在焊接期间各焊接部件之间的压力。基于从传感器获得的信息，通过PLC控制提升平台和接合焊接部件的液压缸。当PLC具有所有必要的输入/输出通道以便提供这样的控制时，其响应时间是相当缓慢的(通常从5 ms到20 ms)，这会影响焊接过程的可重复性和精确性。