專利名稱：振動焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動焊接，并且特別地涉及用于振動焊接的電子驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
線性振動焊接機在工業(yè)中使用以便通過產(chǎn)生一個部件相對于另一個部件的線性振蕩運動來焊接兩個塑料部件。在用力將部件壓在一起時，振蕩運動產(chǎn)生熱量，其熔融塑料部件的鄰近表面并且在部件冷卻之后產(chǎn)生焊接。一個部件相對于另一個部件的振動移動是通過定位在焊接機的可移動部件和固定部件之間的兩個電磁體產(chǎn)生的。兩個電磁體沿相同坐標線，但以相反方向施加力。電磁體以180°相移激勵，以使得當(dāng)?shù)谝浑姶朋w被激勵時，第二電磁體是去激勵的。相反地，當(dāng)?shù)诙姶朋w被激勵時，第一電磁體是去激勵的。所希望的是將激勵循環(huán)的頻率保持在焊接機的可移動的機械部件的諧振頻率；以便允許將最大能量傳遞到要被焊接的部件。還希望控制施加給電磁體的能量，以便在焊接期間保持希望的塑料熔融水平?？刂齐姶朋w的以前的方法實現(xiàn)在激勵/去激勵循環(huán)之間180°相移(參見例如美國專利號7，520，308)，但它們?nèi)跃哂腥秉c。例如，當(dāng)三相輸出驅(qū)動用來控制兩個電磁體時， 其中的兩相用來驅(qū)動兩個電磁體，并且兩個電磁體具有連接到第三相的共用線。因此使第三相被加載第一或第二相的兩倍那樣多，其施加壓力于第三相控制元件(通常為IGBT晶體管)。而且，激勵和去激勵的總時限是固定的，而PWM用來控制遞送給每個電磁體的能量的數(shù)量，因為PWM控制器是以三相電動機控制的標準驅(qū)動解決方法。但其具有慢響應(yīng)時間的缺點，受PWM控制器的頻率限制。此外，針對該應(yīng)用使用PWM控制器引起輸出功率元件 (IGBT晶體管)的過度切換，其接著又導(dǎo)致不需要的功率損失、過度電氣噪聲和較低的系統(tǒng)可靠性。測量可移動的機械系統(tǒng)的諧振頻率的以前的方法涉及頻率掃描。在掃描模式中， 將相當(dāng)?shù)偷碾妷?通常最大值的10% -25% )施加給電磁體并且使頻率以小的增量(通常 0. IHz)從機器的操作范圍(通常從200Hz到MOHz)的最低頻率到最高頻率步進。當(dāng)頻率步進時，監(jiān)視振幅反饋和/或驅(qū)動電流輸出。諧振頻率被確定為具有最高振幅反饋和/或最低電流輸出驅(qū)動的頻率。一旦確定諧振頻率的值，就將其存儲在控制模塊(通常為可編程邏輯控制器或PLC)的存儲器中并且被傳到驅(qū)動器作為其固定操作頻率。限定諧振頻率的該方法是相當(dāng)準確的，但具有一些固有缺點。首先，其需要操作員記得轉(zhuǎn)向“調(diào)諧”模式來掃描該頻率，其在制造環(huán)境中常常被遺忘。其次，過程本身是相當(dāng)耗時的并且將占用3-5 分鐘，其在高體積生產(chǎn)環(huán)境中也是不希望的。第三，掃描路線選擇不解決在高體積和高負載類型應(yīng)用中機器和工具變熱的問題。當(dāng)機器和其組件變熱時，諧振頻率下降。如果沒有發(fā)現(xiàn)新的諧振頻率，則機器將離開其最佳機械諧振，并且因此汲取更多的電流，從而產(chǎn)生更多的熱量并且在其關(guān)鍵組件上引起更大應(yīng)力。雪崩效應(yīng)(或失控狀況)將出現(xiàn)。為了對這補救，操作員不得不每個小時左右運行頻率掃描，這再次損害制造效率。
控制焊接過程的以前的方法基于使用PLC。通過PLC監(jiān)視并控制焊接部件的線性位置和在焊接期間各焊接部件之間的壓力?；趶膫鞲衅鳙@得的信息，通過PLC控制提升平臺和接合焊接部件的液壓缸。當(dāng)PLC具有所有必要的輸入/輸出通道以便提供這樣的控制時，其響應(yīng)時間是相當(dāng)緩慢的(通常從5ms到20ms)，這會影響焊接過程的可重復(fù)性和精確性。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供一種通過實現(xiàn)第一工件相對于第二工件的往復(fù)移動而且將工件推進到一起來焊接第一和第二工件的振動焊接系統(tǒng)。該振動焊接系統(tǒng)包括第一和第二工件支架，其中第一工件支架被安裝以用于相對于第二工件支架進行往復(fù)移動。將一對電磁體耦合到第一工件支架來實現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動，并且將電氣驅(qū)動系統(tǒng)耦合到電磁體來連續(xù)地激勵和去激勵彼此有相位差的電磁體以實現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動。驅(qū)動系統(tǒng)包括DC電流源；多個可控制的電子開關(guān)裝置，其用于可控地將該源耦合到每一個電磁體并且從每一個電磁體去耦合該源；電流傳感器，其耦合到電磁體并且產(chǎn)生表示供應(yīng)給電磁體的電流的信號；以及控制電路，其耦合到電子開關(guān)裝置并且接收由電流傳感器產(chǎn)生的信號以便使該開關(guān)裝置接通和關(guān)斷，從而控制電磁體的激勵和去激勵以實現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動。在一個實施例中，第一工件支架是具有振動的諧振頻率的可移動的機械系統(tǒng)的一部分，將控制電路編程為保持對于激勵和去激勵每一個電磁體的每個連續(xù)循環(huán)的預(yù)先選擇的時間段，并且該預(yù)先選擇的時間段對應(yīng)于可移動的機械系統(tǒng)的諧振頻率。在一個實施方式中，控制電路被配置成將由電流傳感器產(chǎn)生的信號與預(yù)置電流水平相比較并且控制供應(yīng)給電磁體的電流，并且由此控制供應(yīng)給電磁體和由此供應(yīng)給工件的能量的數(shù)量。在一個實施方式中，通過由控制電路激活的液壓驅(qū)動器來接合第二工件。通過控制電路來監(jiān)視在接合的第一和第二工件之間的壓力以及第二工件的線性位置。


可以通過結(jié)合附圖參考以下描述來更好的理解本發(fā)明，其中圖1是用于振動焊接機的電氣控制系統(tǒng)的示意圖。圖2是通過圖1的電氣控制系統(tǒng)供應(yīng)給振動焊接機中的兩個驅(qū)動電磁體的激勵電流的時序圖。圖3是通過圖1的電氣控制系統(tǒng)供應(yīng)給與振動焊接機中的電磁體的其中之一相關(guān)聯(lián)的四個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的控制信號的時序圖。圖4是對應(yīng)于圖2的上線的第一循環(huán)的時序圖，但具有用于供應(yīng)給振動焊接機中的電磁體的電流的最大值的不同設(shè)置點。圖5A-5D是與振動焊接機中的電磁體的其中之一相關(guān)聯(lián)的四個IGBT的電氣示意圖，并且圖示在圖2的時序圖中的電流的其中之一的一個循環(huán)期間通過那些IGBT的電流。圖6是包括在圖1的電氣控制系統(tǒng)中的控制模塊中的電路的一個實施例的電氣示意圖，以便控制IGBT的其中之一。
圖7是圖示圖1-6的系統(tǒng)的“聲脈沖(ping) ”操作模式的波形的時序圖。
具體實施例方式盡管將與某些優(yōu)選實施例結(jié)合來描述本發(fā)明，但將會理解本發(fā)明不局限于那些特定的實施例。相反地，本發(fā)明意圖涵蓋包括在如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有替代、修改和等同布置。圖1圖示包括在支撐塑料部件P1的移動元件12的相對端部處具有轉(zhuǎn)子10和11 的兩個固定電磁體1^和Ly(例如附著于固定框架)的線性振動焊接機。當(dāng)電磁體Lx被激勵時，將焊接機的移動元件12移到左側(cè)(如圖1中所看到的那樣)，并且當(dāng)電磁體Ly被激勵時，將移動元件12移到右側(cè)。用180°相移將兩個電磁體Lj^PLy順序地激勵和去激勵， 以便引起移動元件12和穩(wěn)固地附著于移動元件12的塑料部件P1的振動。當(dāng)塑料部件P1 振動時，通過液壓缸觀將施壓于固定的塑料部件P2,以使得振動的塑料部件P1相對于固定的塑料部件P2的振蕩運動產(chǎn)生引起兩個塑料部件的接合表面熔融的熱量，使得當(dāng)振動停止時，兩個部件被焊接起來。將電流從電源Vp供應(yīng)給兩個電磁體Lx和Ly的線圈，該電源Vp經(jīng)由四個IGBTQ1-Q4 將DC電流供應(yīng)給Lx線圈并且經(jīng)由四個IGBT Q5-Q8將DC電流供應(yīng)給Ly線圈。兩組四個 IGBT Q1-Q4和Q5-Q8形成用于相應(yīng)的Lx和Ly線圈的兩相驅(qū)動系統(tǒng)，從而形成總體同步的用于兩個線圈的四相驅(qū)動系統(tǒng)。第一相包括IGBTQl和Q2，第二相包括IGBT Q3和Q4，第三相包括IGBT Q5和Q6，并且第四相包括IGBT Q7和Q8。電磁體Lx由第一和第二相供以動力， 而電磁體Ly由第三和第四相供以動力。所有的四個相在電學(xué)上是相同的，除了第一和第三相與第二和第四相有180°相位差之外，如以下將詳細描述的那樣。通過一對Ix和Iy控制模塊20和21以及控制IGBT Q1-Q8何時接通和關(guān)斷的系統(tǒng)頻率接口模塊22來控制所述IGBT Q1-Q8的開關(guān)。具體地，控制模塊20產(chǎn)生四個分別用于 IGBT Q1-Q4的柵電壓VI，V2，V3，V4，并且控制模塊21產(chǎn)生四個分別用于IGBT Q5-Q8的柵電壓V5，V6，V7，V9。每一個控制模塊20和21使用來自一對電流傳感器23和M的其中之一的輸入信號實施直接前饋電流控制，該對電流傳感器23和M產(chǎn)生表示在相應(yīng)Lx和Ly線圈中的實際電流的信號。兩個模塊也使用預(yù)先選擇的電流值Isrt (其表示要被供應(yīng)給每一個Lx和Ly線圈的最大電流)和預(yù)先選擇的時間段Tsrt (其表示每個線圈被反復(fù)地激勵和去激勵的頻率)。預(yù)先選擇的電流值Isrt有效地控制供應(yīng)給Lx和Ly線圈的能量的數(shù)量，來保持在塑料部件P1和P2的振動焊接期間這些部件的接合表面的希望的熔融水平。預(yù)先選擇的時間段Tsrt有效地控制電磁體Lx和Ly的連續(xù)激勵和去激勵的每個循環(huán)的周期，以便與振動焊接機的機械部的諧振頻率相匹配，從而在塑料部件P1和P2的振動焊接期間將最大能量傳遞到這些部件。通過電流傳感器23監(jiān)視流過Lx線圈的電流，這產(chǎn)生表示該電流的瞬時幅度的輸出信號Ix。類似地，通過電流傳感器M監(jiān)視流過Ly線圈的電流，這產(chǎn)生表示該電流的瞬時幅度的輸出信號Iy?？刂颇K20和21分別將信號Ij^PIy與預(yù)置值Iset相比較。圖2是圖示由模塊20使用的信號Ix和Iy如何產(chǎn)生將IGBT Q1-Q4接通和關(guān)斷的控制信號的時序圖。在圖2中，上面的圖表示Lx線圈中的電流，并且下面的圖表示Ly線圈中的電流。一個完整循環(huán)從時間、延伸到時間t4。在該說明性的示例中，當(dāng)控制模塊20產(chǎn)生接通IGBT Ql和關(guān)斷IGBT Q2的控制信號時，LX線圈的激勵在時間、開始。根據(jù)先前的循環(huán)IGBT Q3 保持關(guān)斷且IGBT Q4保持接通。如圖5A所圖示，針對四個IGBT Q1-Q4的狀態(tài)的該組合引起電流從源+Vp流過Lx線圈，從時間、的零增加到時間、的預(yù)先選擇的值Isrt。在、和 、之間的時間間隔的長度由Ix何時達到水平Isrt來確定，通過不斷地將Ix與預(yù)先選擇的值 Iset進行比較來在控制模塊20中檢測Ix何時達到水平Iset。當(dāng)Ix在時間、達到Iset時，控制模塊20產(chǎn)生關(guān)斷IGBT Ql和接通IGBT Q2的控制信號，以使得Lx線圈中的電流水平不會再進一步增加。IGBT Q3保持關(guān)斷且IGBT Q4保持接通。如圖5B所圖示，針對四個IGBT Q1-Q4的狀態(tài)的該組合將施加給Lx線圈的電壓降低到零并且引起Lx線圈中的電流以Iset水平繼續(xù)經(jīng)由IGBT Q2和Q4流過Lx線圈，直到時間t2為止。在tl和t2之間的時間間隔的長度由存儲在模塊22中的存儲器中的預(yù)先選擇的值 V2Tset確定，所述模塊22還包括測量在、之后經(jīng)過的時間的微處理器。當(dāng)該經(jīng)過的時間等于1/2Tset時，微處理器產(chǎn)生接通IGBT Q3和關(guān)斷IGBT Q4的控制信號。IGBT Ql保持關(guān)斷， 且IGBT Q2保持接通。如圖5C所圖示，針對四個IGBTQ1-Q4的狀態(tài)的該組合將反向電壓-Vp 施加給Lx線圈，這引起電流從源-Vp經(jīng)由IGBT Q3和Q2流過Lx線圈，從時間t2的Iset降低到時間t3的零。在t2和t3之間的時間間隔的長度由Ix何時達到零來確定，通過不斷地將 Ix與零參考值進行比較來在控制模塊20中檢測Ix何時達到零。當(dāng)Ix達到0時，控制模塊20在時間t3產(chǎn)生關(guān)斷IGBT Q3和接通IGBT Q4的控制信號，以便保持Lx線圈中的零電流條件。IGBT Ql保持關(guān)斷，并且IGBTQ2保持接通。如圖 5D所圖示，針對四個IGBT Q1-Q4的狀態(tài)的該組合將施加給Lx線圈的電壓降低到零并且保持在Lx線圈中的零電流條件直到下一個循環(huán)開始時的時間t4為止。如在圖2和3中可以看到的那樣，在t2和t3之間的時間間隔的長度大約與在、 和、之間的時間間隔相同，因為在這兩個間隔中電流的變化是相同的，即Iset和零之間的差。在t3和t4之間的時間間隔的長度由存儲在模塊22中的存儲器中的預(yù)先選擇的值Tsrt 確定，所述模塊22還包括測量在、之后經(jīng)過的時間的微處理器。當(dāng)該經(jīng)過的時間等于Tsrt 時，微處理器產(chǎn)生接通IGBT Ql和關(guān)斷IGBT Q3的控制信號以便開始下一個循環(huán)。圖2中的下面的圖表示Ly線圈中的電流。一個完整循環(huán)從時間、延伸到時間t4。 在該說明性示例中，Ly線圈的去激勵在時間、開始，當(dāng)控制模塊20產(chǎn)生接通IGBT Q7和關(guān)斷IGBT Q8的控制信號時。根據(jù)先前的循環(huán)IGBT Q5保持關(guān)斷，并且IGBT Q6保持接通。針對四個IGBT Q5-Q8的狀態(tài)的該組合將反向電壓-Vp施加給Ly線圈，這引起經(jīng)由IGBT Q6和 Q7流過Ly線圈的電流降低。當(dāng)Ly線圈中的電流減少到零(這通過不斷地將Iy與零參考值進行比較來在控制模塊20中檢測到)時，該控制模塊在時間、產(chǎn)生關(guān)斷IGBT Q7和接通IGBTQ8的控制信號。 IGBT Q5保持關(guān)斷，并且IGBT Q6仍然接通。針對四個IGBTQ5-Q8的狀態(tài)的該組合將施加給 Ly線圈的電壓降低到零并且保持Ly線圈中的零電流條件直到時間t2為止。在tl和t2之間的時間間隔的長度由存儲在模塊22中的存儲器中的預(yù)先選擇的值 V2Tset確定，所述模塊22還包括測量在、之后經(jīng)過的時間的微處理器。當(dāng)該經(jīng)過的時間等于1/2Tset時，微處理器產(chǎn)生接通IGBT Q5和關(guān)斷IGBT Q6的控制信號。IGBT Q7保持關(guān)斷，并且IGBT Q8保持接通。針對四個IGBT Q5-Q8的狀態(tài)的該組合將電壓+Vp施加給Ly線圈， 這引起電流經(jīng)由IGBT Q5和Q8流過Ly線圈，從時間t2的零增加到時間t3的Iset。在t2和 t3之間的時間間隔的長度由Iy何時達到水平Iset確定，通過不斷地將Iy與預(yù)置值Isrt進行比較來在控制模塊20中檢測Iy何時達到水平Iset。當(dāng)Iy在時間t3達到Iset時，控制模塊產(chǎn)生關(guān)斷IGBT Q7和接通IGBT Q8的控制信號，以使得Ly線圈中的電流水平不會再進一步增加。IGBT Q5保持關(guān)斷，并且IGBT Q6保持接通。針對四個IGBT Q5-Q8的狀態(tài)的該組合引起Ly線圈中的電流以Iset水平繼續(xù)經(jīng)由 IGBT Q6和Q8流過Ly線圈，直到時間t4為止。在t3和t4之間的時間間隔的長度由存儲在模塊22中的存儲器中的預(yù)先選擇的值 Tset確定，所述模塊22還包括測量在、之后經(jīng)過的時間的微處理器。當(dāng)該經(jīng)過的時間等于 Tset時，微處理器產(chǎn)生接通IGBT Q5和關(guān)斷IGBT Q6的控制信號以便開始下一個循環(huán)。圖3是供應(yīng)給電磁體10或11的其中之一的線圈的驅(qū)動電流的一個周期的放大時序圖。供應(yīng)給兩個電磁體的驅(qū)動電流是相同的，除了它們彼此有180°的相位差之外。每一個Lx和Ly線圈兩端的電壓V可以被表示為
1·V = iR + L—(1)
dt其中V是電磁體線圈兩端的電壓，R是電磁體線圈的等效串聯(lián)電阻，L是電磁體線圈的等效電感，以及i是電磁體線圈中的電流。由于電磁體的大的物理尺寸，與Lx線圈或Ly線圈的等效電感相比，該Lx線圈或Ly 線圈的等效串聯(lián)電阻可以被認為是可以忽略的小。因此，等式(1)可以近似為V = L-(2)
dt用Ai代替di并且用At代替dt，且然后求出Ai，得出Ai = J- Δ 域 Δ = ^rAi(3)根據(jù)等式(3)，、和、之間的時間間隔通過經(jīng)過“線圈的電流的線性增加Ai = (Isrt-O),電壓V1^n Lx線圈的電感來確定。根據(jù)等式(3)，如果ν = 0，那么Ai =0。因此， 經(jīng)過線圈的電流不改變，只要V = 0，就保持基本上恒定值?？梢钥闯鲅h(huán)的周期通過、和t4之間的時間間隔Tsrt精確限定，而電流波形的形狀通過前饋電流控制限定，通過Iset值限定。例如，圖4示出對于Isrt和72Tsrt的電流波形的形狀。對于72Tset，時間間隔UtTt1)和(t2-t3)減小到圖2和圖3中的那些相同間隔的約1/2，而整個周期Tsrt保持相同，因為間隔(trt2)和(t3-t4)增加。所圖示的系統(tǒng)提供一種對稱四相驅(qū)動，其中每個控制元件是同等加載的，并且沒有控制元件在電學(xué)上比另一個控制元件被更多地加壓。電磁體控制的時序圖根據(jù)所需的能量水平而變化，而激勵和去激勵循環(huán)的整個頻率保持在設(shè)置的頻率水平。IGBT控制模塊20 和21實施直接前饋電流控制，其提供對供應(yīng)給電磁體的電流的快速、直接和動態(tài)地精確控制，其接著又允許到工件的焊接能量的準確遞送。對于一個IGBT的前饋控制的結(jié)構(gòu)如圖6所示。在每個階段開始時，信號START將觸發(fā)器62的輸出設(shè)置成高電壓水平。IGBT Ql 切換成導(dǎo)電，并且Lx線圈中的電流逐步增加。當(dāng)電流達到Ifb時，比較器61重置觸發(fā)器(信號停止(STOP))，其關(guān)斷IGBT Ql0該配置允許直接在每個充電-放電周期內(nèi)設(shè)置希望的電
流值Iset。圖1的第二固定塑料部件I32通過液壓缸觀接合，通過焊接過程實時控制器25控制，所述焊接過程實時控制器25反復(fù)地從線性位置傳感器沈和壓力傳感器27采樣值。從線性位置傳感器沈的采樣的值指示塑料部件P2相對于塑料部件P1的位置。從壓力傳感器 27采樣的值指示塑料部件P1和P2之間的壓力。當(dāng)該壓力達到設(shè)置點時，焊接過程開始。從壓力和線性位置傳感器采樣的值可以被驅(qū)動器的內(nèi)部實時控制電路使用以便精確地監(jiān)視兩個接合部件之間的壓力，和第二工件的位置，從而控制驅(qū)動器的位置和壓力。 內(nèi)部實時控制電路的響應(yīng)時間是非常短的(通常5 μ s到50 μ S)，因此顯著地改善焊接過程的可重復(fù)性和精確性。圖1所圖示的系統(tǒng)還包括振動傳感器四，其可以是感應(yīng)傳感器或檢測移動元件12 的振動的任何其它傳感器。傳感器四的移動部件與移動元件12穩(wěn)固地鏈接，以使得在傳感器四的線圈中的AC EMF反映元件12的移動的振幅和頻率。傳感器四的輸出被系統(tǒng)頻率接口模塊22采樣，該系統(tǒng)頻率接口模塊22接著又限定被傳送到控制模塊20和21的值 T
1 set°所圖示的系統(tǒng)還通過控制貫穿焊接循環(huán)施加給焊接接頭的實際功率數(shù)量來許可焊接操作的功率分布。這許可對焊接過程和焊接接頭的質(zhì)量二者的精確控制。施加給焊接接頭的功率P是供應(yīng)給線圈Lx和Ly的電壓V和電流I 二者的函數(shù)，即P = V*I。通過上述 Iset的值控制電流I，并且根據(jù)預(yù)置的分布該值可以貫穿焊接循環(huán)而改變。施加給線圈1^和 Ly的電壓通過供應(yīng)給驅(qū)動系統(tǒng)的電壓Vp的值控制，并且通過使用類似于如圖6所示的閉環(huán)電流控制系統(tǒng)的閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，該值也可以根據(jù)預(yù)置的分布貫穿焊接循環(huán)而改變。通過控制電流I和/或電壓V，可以精確地控制貫穿每個焊接循環(huán)的遞送到焊接接頭的功率， 以便獲得希望的功率分布?？商娲兀梢酝ㄟ^調(diào)整由液壓缸觀施加給工件的力來獲得希望的功率分布，從而實現(xiàn)遵循預(yù)置的功率分布所需的P = V*I的改變。焊接機的Q因數(shù)是其彈簧、線圈、層壓載體、驅(qū)動器和實際上部工具的質(zhì)量的函數(shù)。盡管彈簧、線圈、層壓載體和驅(qū)動器具有相當(dāng)好的可重復(fù)性和緊密度容限(由于它們是各機器之間共享的標準組件)，上部工具對要被焊接的每個部件是獨特的。因此，工具設(shè)計和制造的質(zhì)量可以對整個焊接機性能具有顯著的影響。振動焊接機的Q因數(shù)的典型值在 100和160之間。該值越高指示系統(tǒng)構(gòu)建地越好，該系統(tǒng)利用較少的損耗更高效地運行且更為可靠。在工廠測試期間測量該值并且將其存儲在機器控制器中。在機器老化時，監(jiān)視 Q并且將該Q與原始值相比較。其降低可以用作工具或機器退化的早期警報。對于查找故障目的這也是有價值的。使用者可以圍繞Q值設(shè)置限制來警報這樣的發(fā)生。如果使用者改變工具，則計算新Q值。一旦測試新的工具，該特征還可以用作工具質(zhì)量的定量測量。為了確定機械部件的諧振頻率，在圖1中的系統(tǒng)頻率接口模塊22使用“聲脈沖” 方法，當(dāng)系統(tǒng)頻率接口模塊22產(chǎn)生“聲脈沖”啟動脈沖(參見圖7)時所述方法開始?！奥暶}沖”啟動脈沖使得控制模塊20和21能夠以預(yù)先選擇的初始頻率激活線圈X和Y達短的時間段(通常在50ms和200ms之間，其對應(yīng)于操作頻率的大約10到40個循環(huán))。然后控制模塊20和21被禁用。機械部件以其諧振頻率繼續(xù)阻尼振蕩，類似于聲學(xué)音叉。通過由系統(tǒng)頻率接口模塊22采樣感應(yīng)傳感器四的輸出來測量振蕩的頻率F。s。。經(jīng)過多個循環(huán)完成對平均多個周期的測量，并且因此提供高測量精確度。然后該頻率F。s。用于下一個“聲脈沖”循環(huán)。在焊接循環(huán)之間執(zhí)行“聲脈沖”頻率測量，使得它不影響焊接機的生產(chǎn)能力。測量的諧振頻率F。s。被存儲在系統(tǒng)頻率接口模塊22的存儲器中，并且產(chǎn)生趨向報告。使用該報告來跟蹤由溫度的改變或其它因素引起的頻率波動。此外，在每個測量之后，將新的周期 Tset計算為Tset = 1/F0SC(4)并且將新的周期Tset傳送到控制模塊20和21。可移動的機械系統(tǒng)的Q因數(shù)被測量為Q = F0SC(tb-ta)(5)其中Q-系統(tǒng)Q (質(zhì)量)因數(shù)ta-在“聲脈沖”的信號結(jié)束之后處于最大振幅的時間(圖7)tb-當(dāng)振幅衰減一半時的時間(圖7)F。s。-測量的頻率盡管已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的特定的實施例和應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不局限于在此公開的精確的構(gòu)造和組成，并且在不脫離如在所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下各種修改、改變和變化從前述描述是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種通過實現(xiàn)第一工件相對于第二工件的往復(fù)移動而且將工件推進到一起來焊接所述第一和第二工件的振動焊接系統(tǒng)，所述振動焊接系統(tǒng)包括第一和第二工件支架，安裝所述第一工件支架以便相對于所述第二工件支架進行往復(fù)移動，一對電磁體，其耦合到所述第一工件支架以實現(xiàn)所述第一工件支架的往復(fù)移動，以及電氣驅(qū)動系統(tǒng)，其耦合到所述電磁體以連續(xù)地激勵和去激勵彼此有相位差的所述電磁體，從而實現(xiàn)所述第一工件支架的所述往復(fù)移動，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括DC電流源，多個可控制的電子開關(guān)裝置，其用于可控地將所述源耦合到每一個所述電磁體并且從每一個所述電磁體去耦合所述源，電流傳感器，其耦合到所述電磁體并且產(chǎn)生表示供應(yīng)給所述電磁體的電流的信號，以及控制電路，其耦合到所述電子開關(guān)裝置并且接收由所述電流傳感器產(chǎn)生的用于將所述開關(guān)裝置接通和關(guān)斷的信號，以便控制所述電磁體的激勵和去激勵，從而實現(xiàn)所述第一工件支架的往復(fù)移動。
2.權(quán)利要求1的振動焊接系統(tǒng)，其中所述第一工件支架是具有振動的諧振頻率的可移動的機械系統(tǒng)的一部分，將所述控制電路編程以便保持對于每一個所述電磁體的激勵和去激勵的每個連續(xù)循環(huán)的預(yù)先選擇的時間段，并且所述預(yù)先選擇的時間段對應(yīng)于所述可移動的機械系統(tǒng)的所述諧振頻率。
3.權(quán)利要求1的振動焊接系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為將由所述電流傳感器產(chǎn)生的所述信號與預(yù)置電流水平相比較且控制供應(yīng)給所述電磁體的電流，并且由此控制供應(yīng)給所述電磁體和由此供應(yīng)給所述工件的能量的數(shù)量。
4.權(quán)利要求3的振動焊接系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置為增加供應(yīng)給每個電磁體的電流，直到檢測到預(yù)置電流水平Isrt為止。
5.權(quán)利要求3的振動焊接系統(tǒng)，其中在焊接循環(huán)期間調(diào)整所述預(yù)置的電流水平以調(diào)整供應(yīng)給所述電磁體和由此供應(yīng)給所述工件的能量的數(shù)量，以便遵循針對在所述焊接循環(huán)期間遞送給所述工件的能量的數(shù)量的預(yù)置功率分布。
6.權(quán)利要求5的振動焊接系統(tǒng)，其中控制在焊接循環(huán)期間所述電磁體兩端的電壓，以調(diào)整供應(yīng)給所述電磁體和由此供應(yīng)給所述工件的能量的數(shù)量，以便遵循針對在所述焊接循環(huán)期間遞送給所述工件的能量的數(shù)量的預(yù)置功率分布。
7.權(quán)利要求5的振動焊接系統(tǒng)，其中在焊接循環(huán)期間控制供應(yīng)給所述電磁體的電流I 和電壓V，以便利用遵循針對在所述焊接循環(huán)期間遞送給所述工件的功率P的數(shù)量的預(yù)置分布的功率P = ν*Ι來供應(yīng)所述工件。
8.權(quán)利要求1的振動焊接系統(tǒng)，其包括用于監(jiān)視在所述第一和第二工件之間的壓力和所述第二工件的線性位置的傳感器。
9.權(quán)利要求1的振動焊接系統(tǒng)，其包括將所述兩個工件推進到一起的液壓缸，檢測在所述工件之間的壓力的壓力傳感器，并且響應(yīng)于所述壓力傳感器對預(yù)先選擇的壓力的檢測而弓I發(fā)所述液壓缸開始的移動。
10.權(quán)利要求1的振動焊接系統(tǒng)，其包括振動傳感器，所述振動傳感器檢測振動焊接系統(tǒng)的機械部的振動并且產(chǎn)生在測量所述機械部的諧振頻率中使用的輸出信號，并且所述控制電路適于確定所述可移動的機械系統(tǒng)的Q，以及其中所述控制電路適于保持對于每一個所述電磁體的激勵和去激勵的每個連續(xù)循環(huán)的預(yù)先選擇的時間段，所述預(yù)先選擇的時間段對應(yīng)于所述可移動的機械系統(tǒng)的所述諧振頻率。
11.用于通過實現(xiàn)第一工件相對于第二工件的往復(fù)移動而且將工件推進到一起來焊接所述第一和第二工件的振動焊接方法，所述方法包括安裝第一工件支架以便相對于第二工件支架進行往復(fù)移動，利用耦合到所述第一工件支架的一對電磁體來實現(xiàn)所述第一工件支架的往復(fù)移動，以及連續(xù)地激勵和去激勵彼此有相位差的所述電磁體以便通過下述內(nèi)容來實現(xiàn)所述第一工件支架的所述往復(fù)移動可控地將DC電流源耦合到每一個所述電磁體并且從每一個所述電磁體去耦合所述源，產(chǎn)生表示供應(yīng)給所述電磁體的電流的信號，以及使用表示所述電流的所述信號來控制所述電磁體的激勵和去激勵以便實現(xiàn)所述第一工件支架的往復(fù)移動。
12.權(quán)利要求11的振動焊接方法，其中所述第一工件支架是具有振動的諧振頻率的可移動的機械系統(tǒng)的一部分，并且保持對于激勵和去激勵每一個所述電磁體的每個連續(xù)循環(huán)的預(yù)先選擇的時間段，所述預(yù)先選擇的時間段對應(yīng)于所述可移動的機械系統(tǒng)的所述諧振頻率。
13.權(quán)利要求11的振動焊接方法，其中所述第一工件支架是具有振動的諧振頻率的可移動的機械系統(tǒng)的一部分，并且其包括確定所述可移動的機械系統(tǒng)的Q。
14.權(quán)利要求13的振動焊接方法，其包括將所述可移動的機械系統(tǒng)的所述Q與設(shè)置的限制相比較，以便評估所述可移動的機械系統(tǒng)或查找所述可移動的機械系統(tǒng)的故障。
15.權(quán)利要求13的振動焊接方法，其中通過利用振蕩信號使所述可移動的機械系統(tǒng)發(fā)出聲脈沖和然后測量在所述振蕩信號的終止之后的聲音下降的期間所述系統(tǒng)的頻率以及在所述振蕩信號的終止和當(dāng)所述聲音下降的振幅降低到其初始值的一半時的時間之間的時間段，來確定所述可移動的機械系統(tǒng)的所述Q。
全文摘要
本發(fā)明公開一種振動焊接系統(tǒng)。一種振動焊接系統(tǒng)具有耦合到第一工件支架以便實現(xiàn)第一工件支架相對于第二工件的往復(fù)移動的一對電磁體，和耦合到電磁體以便連續(xù)地激勵和去激勵彼此有相位差的電磁體來實現(xiàn)第一工件支架的往復(fù)移動的電氣驅(qū)動系統(tǒng)。該驅(qū)動系統(tǒng)包括DC電流源；多個可控制的電子開關(guān)裝置，其用于可控地將所述源耦合到每一個所述電磁體并且從每一個所述電磁體去耦合所述源；電流傳感器，其耦合到所述電磁體并且產(chǎn)生表示供應(yīng)給所述電磁體的電流的信號；以及控制電路，其耦合到所述電子開關(guān)裝置并且接收由所述電流傳感器產(chǎn)生的用于將所述開關(guān)裝置接通和關(guān)斷的信號，以便控制所述電磁體的激勵和去激勵，從而實現(xiàn)所述第一工件支架的往復(fù)移動。
文檔編號B29C65/06GK102336020SQ20111025362
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者E·帕拉特尼克, L·克林斯坦 申請人:杜凱恩公司