本實(shí)用新型涉及焊接機(jī)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超聲波焊接機(jī)。

背景技術(shù)：

超聲波焊接是應(yīng)用于熱塑性塑料焊接的一種技術(shù)。通常情況下，超聲波焊接機(jī)包括機(jī)架，底座以及焊頭。

一般的焊接過程如下：首先，將夾緊塑料工件的夾具安裝在超聲波焊接機(jī)機(jī)的底座上，將要焊接的兩個(gè)塑料工件置于夾具上，手動(dòng)完成工件定位后，焊頭下降壓緊工件，當(dāng)焊接機(jī)達(dá)到設(shè)定的壓緊力(又稱為觸發(fā)力)后，焊頭將發(fā)出超聲波，使兩個(gè)塑料工件在接觸面上產(chǎn)生高頻的摩擦進(jìn)而產(chǎn)生熱量，使得該接觸面被熔化；待工件冷卻后，這兩個(gè)塑料工件被連接為一體；最后，將焊頭提升，并取出塑料工件。

現(xiàn)有的超聲焊接機(jī)，采用氣缸驅(qū)動(dòng)來控制焊頭的升降。焊頭升降系統(tǒng)包括氣缸，電磁閥等管路元件；其中，電磁換向閥控制氣缸的升出和縮回，電磁比例閥控制伸縮的速度，氣缸頂出的壓力通過手動(dòng)的減壓閥來調(diào)節(jié)。在焊接開始前，操作員先手動(dòng)設(shè)定減壓閥壓力，然后啟動(dòng)焊接，氣缸頂出，焊頭下降，接觸焊件后，機(jī)器自動(dòng)啟動(dòng)超聲發(fā)射功能。在焊接過程中，氣缸處于保持狀態(tài)，不切換電磁閥。當(dāng)超聲發(fā)射結(jié)束后，進(jìn)入保壓階段，氣缸繼續(xù)處于保持狀態(tài)，直至到達(dá)保壓時(shí)間。焊接完成后，氣缸縮回原位，焊接循環(huán)結(jié)束。

因此，除了需要電源外，相關(guān)技術(shù)中的超聲波焊接機(jī)還需要?dú)庠床拍苷Ｊ褂?，然而，由于氣?dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的速度慢，每個(gè)焊接循環(huán)時(shí)間相對(duì)較長，且氣動(dòng)系統(tǒng)的能耗效率低。此外，氣缸對(duì)焊頭的運(yùn)動(dòng)速度和位置的控制精確度不高，

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的超聲波焊接機(jī)能耗效率低以及焊頭的控制精度低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種超聲波焊接機(jī)。

一方面，本實(shí)用新型提供了一種超聲波焊接機(jī)，所述超聲波焊接機(jī)包括：

底座，

機(jī)架，設(shè)置在所述底座上，

焊頭，安裝在所述機(jī)架上；

電動(dòng)缸，用于驅(qū)動(dòng)所述焊頭；

伺服驅(qū)動(dòng)器，用于控制所述電動(dòng)缸；以及

控制器，用于控制所述伺服驅(qū)動(dòng)器。

優(yōu)選地，所述電動(dòng)缸包括伺服電機(jī)和絲桿，其中，所述電動(dòng)缸為直線式電動(dòng)缸或折返式電動(dòng)缸。

優(yōu)選地，所述超聲波焊接機(jī)還包括：

位置傳感器，用于檢測(cè)所述焊頭的伸出位置；所述位置傳感器設(shè)置在所述機(jī)架和所述焊頭上，并接入所述控制器。

優(yōu)選地，所述超聲波焊接機(jī)還包括：

測(cè)力傳感器，用于檢測(cè)所述焊頭上的壓力；所述測(cè)力傳感器設(shè)置在所述絲桿的輸出端，并接入所述控制器。

優(yōu)選地，所述伺服電機(jī)上設(shè)置有通過電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，以檢測(cè)所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，所述控制器為可編程控制器，所述控制器的控制周期小于或等于1ms。

通過本實(shí)用新型提供的超聲波焊接機(jī)，采用純電動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來控制超聲波焊接機(jī)的焊頭的升降，超聲波焊接機(jī)只需要電源輸入即可正常運(yùn)行；而且采用伺服控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊頭升降速度、焊接壓力、焊接深度等參數(shù)的精確閉環(huán)控制，進(jìn)而使工件的焊接精度、成品率明顯提高，同時(shí)還可以提高焊接頻率，使超聲波焊接機(jī)更適用于高精度的產(chǎn)品。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的直線式電動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的折返式電動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的控制示意圖；

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的控制電路圖；

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的伺服驅(qū)動(dòng)器的控制原理圖；

圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的壓力閉環(huán)的控制框圖；

圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的位置閉環(huán)的控制框圖；

圖10是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的串聯(lián)控制框圖，其中位置指令為最終的控制目標(biāo)；

圖11是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的串聯(lián)控制框圖，其中壓力指令為最終的控制目標(biāo)；

圖12是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的并聯(lián)控制框圖。

具體實(shí)施方式

下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

一方面，本實(shí)用新型提供了一種超聲波焊接機(jī)，如圖1所示，超聲波焊接機(jī)1包括底座11，機(jī)架12，焊頭13，電動(dòng)缸14，伺服驅(qū)動(dòng)器以及控制器，其中，機(jī)架12設(shè)置在底座11上，電動(dòng)缸14和焊頭13均安裝在機(jī)架12上；電動(dòng)缸14可用于驅(qū)動(dòng)焊頭13，伺服驅(qū)動(dòng)器可用于控制電動(dòng)缸14，控制器可用于控制伺服驅(qū)動(dòng)器。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的超聲波焊接機(jī)采用純電動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來控制該超聲波焊接機(jī)的焊頭的升降，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣缸控制。超聲波焊接機(jī)1只需要電源輸入即可正常運(yùn)行，無需額外增加氣源，在保證正常運(yùn)行的前提下使其結(jié)構(gòu)更加地簡化。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

作為一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，電動(dòng)缸14包括伺服電機(jī)141和絲桿142，并且電動(dòng)缸14為直線式電動(dòng)缸。伺服電機(jī)141可以精確控制旋轉(zhuǎn)的速度、扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)角度，絲桿142將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。

作為另一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，電動(dòng)缸14包括伺服電機(jī)141和絲桿142，并且電動(dòng)缸14為折返式電動(dòng)缸。

需要說明的是，根據(jù)伺服電機(jī)141與絲桿142的相對(duì)位置的不同，電動(dòng)缸可以分為多種形式，例如，如圖3所示的直線式電動(dòng)缸，或如圖4所示的折返式電動(dòng)缸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境的需求，選擇直線式電動(dòng)缸或折返式電動(dòng)缸或其他適合的電動(dòng)缸。

作為一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，超聲波焊接機(jī)還包括：位置傳感器15，用于檢測(cè)焊頭13的伸出位置；位置傳感器15設(shè)置在機(jī)架12和焊頭13上，并接入控制器。

作為另一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，超聲波焊接機(jī)還包括：測(cè)力傳感器16，用于檢測(cè)焊頭13上的壓力；測(cè)力傳感器16設(shè)置在絲桿142的輸出端，并接入控制器。

作為另一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，伺服電機(jī)141上設(shè)置有通過電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)編碼器143，以檢測(cè)伺服電機(jī)141的轉(zhuǎn)速。

如圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的控制過程示意圖，圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超聲波焊接機(jī)的控制電路圖；通過圖6的電路圖可以實(shí)現(xiàn)圖5中所示的控制過程。

如圖所示，旋轉(zhuǎn)編碼器可檢測(cè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，測(cè)力傳感器可檢測(cè)焊頭的壓力，位置傳感器可檢測(cè)焊頭的位移，將這些傳感器信號(hào)都接至控制器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊頭13的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)位置、壓力等過程量的精確控制。

通過上述控制，本實(shí)用新型提供的超聲波焊接機(jī)的焊接精度、成品率明顯提高，同時(shí)還可以提高焊接頻率，使超聲波焊接機(jī)更適用于高精度的產(chǎn)品。

作為一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施方式，控制器為可編程控制器，控制器的控制周期小于或等于1ms?？刂破髂軌?qū)C(jī)械運(yùn)動(dòng)部件(如焊頭)的位置，速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使其按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境的不同，選擇適合的控制器。

本實(shí)用新型實(shí)施例中的超聲波焊接機(jī)的控制可為兩個(gè)層次：

底層：伺服驅(qū)動(dòng)器通過電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，其控制原理如圖7所示。

上層：控制器根據(jù)不同的焊接參數(shù)，控制電動(dòng)缸升降運(yùn)動(dòng)的速度曲線，由于接入測(cè)力傳感器和位置傳感器，在控制器內(nèi)部還能構(gòu)建壓力的閉環(huán)控制和位置的閉環(huán)控制，對(duì)整個(gè)焊接過程中的觸發(fā)壓力，焊接壓力和焊接深度等過程量進(jìn)行高速控制。壓力閉環(huán)和位置閉環(huán)的控制框圖分別如圖8和圖9所示。

通過以上的閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)給定的壓力或位置指令，及反饋的實(shí)際壓力或?qū)嶋H位置信號(hào)，控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；使得實(shí)際壓力或?qū)嶋H位置快速準(zhǔn)確的達(dá)到指令要求。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，位置閉環(huán)包括：控制器接收由位置傳感器測(cè)量的位置信號(hào)，并根據(jù)該測(cè)量的位置信號(hào)和接收到的位置指令獲得該速度指令，并將該速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，壓力閉環(huán)包括：控制器接收由測(cè)力傳感器測(cè)量的壓力信號(hào)，并根據(jù)該測(cè)量的壓力信號(hào)和接收到的壓力指令獲得該速度指令，并將該速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器。

作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，位置閉環(huán)和壓力閉環(huán)之間可以采用串聯(lián)控制或并聯(lián)控制，具體有幾種類型，包括：串聯(lián)控制和并聯(lián)控制。

在一個(gè)焊接過程中，通常包括多個(gè)階段。如，一個(gè)壓力觸發(fā)階段，多個(gè)焊接階段和一個(gè)保壓階段。在不同階段，控制的目標(biāo)是不同的。比如，壓力觸發(fā)階段，壓力是控制目標(biāo)，位置和速度是輔助控制參數(shù)；在焊接階段，壓力，速 度或位置其中任意一個(gè)可能是控制目標(biāo)，而其余兩個(gè)則是輔助控制參數(shù)；在保壓階段，壓力或位置其中一個(gè)可能是控制目標(biāo)，而其余兩個(gè)則是輔助控制參數(shù)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，串聯(lián)控制可以包括兩種控制方式。

第一種串聯(lián)控制：位置閉環(huán)的輸出，作為壓力閉環(huán)的輸入，與壓力指令一同運(yùn)算，最終輸出結(jié)果到伺服驅(qū)動(dòng)器的速度給定上，如圖10所示，即位置閉環(huán)在前，壓力閉環(huán)在后。

這種模式一般用于這樣的場合：位置指令是主要控制目標(biāo)，而在過程中，壓力指令作為限制，即實(shí)際壓力需要被限制在壓力指令的范圍內(nèi)。

第二種串聯(lián)控制：壓力閉環(huán)的輸出，作為位置閉環(huán)的輸入，與位置指令一同運(yùn)算，最終輸出結(jié)果到伺服驅(qū)動(dòng)器的速度給定上，如圖11所示，即壓力閉環(huán)在前，位置閉環(huán)在后。

這種模式一般用于這樣的場合：壓力指令是主要控制目標(biāo)，而在過程中，位置指令作為限制，即實(shí)際位置需要被限制在位置指令的范圍內(nèi)。

作為另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，并聯(lián)控制包括：位置閉環(huán)的輸出和壓力閉環(huán)的輸出進(jìn)行混合運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果作為速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器，如圖12所示。即在一個(gè)過程中，可以靈活地切換這兩種指令之一為控制目標(biāo)，并且在切換時(shí)，速度不會(huì)突變，平滑過渡，達(dá)到壓力控制和位置控制無縫切換的理想結(jié)果。

需要說明的是，如上所述的控制方法(包括串聯(lián)控制和并聯(lián)控制)，并不僅限于壓力和位置這兩個(gè)過程信號(hào)，還可以包括其他的過程信號(hào)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的需求，采用其他過程信號(hào)接入超聲波焊接機(jī)，并且采用串聯(lián)和并聯(lián)的方式構(gòu)成多閉環(huán)的控制方法。

通過本實(shí)用新型提供的超聲波焊接機(jī)，采用純電動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來控制超聲波焊接機(jī)的焊頭的升降，焊頭的升降速度、焊接壓力、焊接深度等參數(shù)的精度較高，且升降速度快，大大縮短了焊接周期時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，使超聲波焊接機(jī)更適用于高精度的產(chǎn)品；同時(shí)，電動(dòng)缸維護(hù)方便，只需定期潤滑即可，壽命比氣缸更長。

綜上所述，本實(shí)用新型的超聲波焊接機(jī)可以將壓力控制、位置控制和速度 控制組合起來，共同控制伺服驅(qū)動(dòng)器，從而可以靈活地適應(yīng)不同的控制目標(biāo)。

需要說明的是，這些技術(shù)效果并不是上述所有的實(shí)施方式所具有的，有些技術(shù)效果是某些優(yōu)選實(shí)施方式才能取得的。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。