多焊头超声波焊接装置的制作方法

本发明涉及一种医疗器械的制造设备，具体是涉及一种用于焊接物料，特别是滤膜的超声波焊接装置。

背景技术：

在医疗器械中有很多地方都需要使用滤膜，特别是在输液装置中，为了过滤细菌和颗粒物等，通常会在输液的通道中设置滤膜，最为常见的是在回血器座位置处设置滤膜。参见图7和图8，其中示出了在焊接装配之前的回血器座30和滤膜31。由于输液装置在使用中是在无菌的环境中进行的，同时还要防止交叉感染，这样就对滤膜的设置提出了很高的要求，即滤膜的设置要保证其连接处有严格的密封状态。

在传统的医疗器械中，滤膜的密封通常是靠螺纹固定连接、热合连接或粘合连接的方式来实现的。目前，随着超声波焊接技术的发展，焊接精度的不断提高，以及其环保和安静等优势的不断呈现，该技术已广泛得到了业内的认可，因此，超声波焊接技术在滤膜连接处的设置上已经成为了主流方式。

但是，现有的超声波焊接设备和待焊接物料的夹紧装置或称夹具仍然不能满足社会的需求。要么是不能适应批量化生产的需求，例如，在一台超声波焊接机上安装一个焊接头，对物料夹紧装置上的一个物料进行焊接，简称一对一焊接方式。这种焊接方式虽然能够保证每一个物料的焊接质量，但是其焊接效率较低，要想提高生产效率势必要增加焊接设备和操作人员，这样必然导致生产成本的增加。要么是不能保证全部产品的焊接质量，例如，在一台超声波焊接机上安装两个或两个以上的焊接头，对物料夹紧装置上相应的两个或两个以上的物料进行焊接，简称一对多焊接方式。这种焊接方式虽然能够成倍地提高生产效率，但是，由于待焊接物料的夹紧装置是在完全固定后进行焊接的，即硬顶方式焊接，同时由于普通注塑物料的尺寸偏差较大，模具精度较高时其尺寸偏差一般在0.1～1毫米左右，而当模具破损时其尺寸偏差则会更大，而同一台超声波焊接机的多个焊接头在所有焊接面处于±0.03毫米的浮动范围内时才能保证焊接质量，因此上述设备难以保证每一个待焊接物料都能与相应的焊接头稳定地接触，并且保持接触要求一致，这样将导致焊接质量不稳定，有时同时出现没有焊接和焊接过剩的现象。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，多焊头超声波焊接装置难以保证每一个待焊接物料都能与相应的焊接头稳定地接触，不能保证每一个待焊接物料的接触要求都一致。

本发明提供一种多焊头超声波焊接装置，所述焊接装置包含焊接支架，所述焊接支架上支承有超声波焊接机，所述超声波焊接机包含有由同一气缸控制它们同步升降的多个焊接头，在多个焊接头的下方设置有用于装载待焊接物料的夹具单元，在所述夹具单元的下方设置有双作用顶载具。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述双作用顶载具包含有多个上顶气缸，每一个上顶气缸的压力小于所述控制焊接头升降的气缸的压力。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述夹具单元包含有复位弹簧，所述复位弹簧(20)的弹性力与任一个上顶气缸的压力之和小于所述焊接头的气缸的压力。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，上述力学关系满足下列公式：

Y＝k₁X₁+k₂X₂+C

其中，Y为控制焊接头的气缸的压力，k₁为复位弹簧的弹性系数，X₁为复位弹簧的变形量，k₂为上顶气缸的压强，X₂为上顶气缸的作用面积，C为常数。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述多个焊接头包含第一焊接头和第二焊接头，所述第一焊接头和所述第二焊接头在所述控制焊接头升降的气缸操作下，做同步的升降运动。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述超声波焊接机能够沿所述焊接支架上下移动，并能固定在所述焊接支架的适当高度处。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述双作用顶载具包含有固定底板，所述固定底板与所述焊接支架处于同一安装平面。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述双作用顶载具包含上顶机构，所述上顶机构包含有安装底座，所述安装底座上设置有长圆孔，用于调整所述上顶机构的左右位置。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述上顶气缸包含第一上顶气缸和第二上顶气缸，所述第一上顶气缸和所述第二上顶气缸的气缸杆上分别连接有第一顶件和第二顶件，所述第一上顶气缸、所述第一顶件在垂直位置上与所述第一焊接头相对应，所述第二上顶气缸、所述第二顶件在垂直位置上与所述第二焊接头相对应。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，所述夹具单元包含有夹具锁板，在夹具锁板上开有多个一字形排列的通孔，用以安装相对独立的夹具。

本发明进一步提供一种多焊头超声波焊接装置，相对独立的夹具从上到下依次包含夹具套、衬套、弹簧隔垫、复位弹簧、顶锁套和螺钉。

本发明进一步提供一种用于将滤膜焊接到回血器座上的焊接装置,所述焊接装置为上述多焊头超声波焊接装置。

本发明所产生的技术效果是，可以实现对夹具单元中的不同夹具进行自适应调整，从而实现每一个待焊接物料都能与相应的焊接头稳定地接触，并且达到接触要求一致的规定程度。这不但保证了焊接质量稳定，不会出现没有焊接或焊接过剩的现象，而且还实现了多个待焊接物料的同时焊接，从而提高了生产效率。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行具体说明。

附图说明

构成本发明一部分的说明书附图旨在提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明旨在解释本发明的技术方案，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明多焊头超声波焊接装置的立体图；

图2是本发明多焊头超声波焊接装置的主视图；

图3是本发明多焊头超声波焊接装置中双作用顶载具的立体图；

图4是本发明多焊头超声波焊接装置中双作用顶载具的后视图；

图5是本发明多焊头超声波焊接装置中上顶机构的立体图；

图6是本发明多焊头超声波焊接装置中夹具单元的剖视图；

图7是本发明待超声波焊接的回血器座和滤膜的立体图；

图8是本发明待超声波焊接的回血器座和滤膜的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、焊接支架；2、超声波焊接机；3、第一焊接头；4、第二焊接头；5、夹具单元；6、双作用顶载具；7、固定底板；8、上顶机构；9、立柱；10、安装底座；11、上顶气缸安装座；12、第一上顶气缸；13、第二上顶气缸；14、第一顶件；15、第二顶件；16、夹具锁板；17、夹具套；18、衬套；19、弹簧隔垫；20、复位弹簧；21、顶锁套；22、螺钉；23、顶销；24、顶销弹簧；30、回血器座；31、滤膜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1和图2，其中示出了本发明的多焊头超声波焊接装置的整体结构，在该多焊头超声波焊接装置中，设置有焊接支架1，焊接支架1上支承有超声波焊接机2，超声波焊接机2可以沿焊接支架1做上下移动，并可固定在焊接支架1上的某一适当高度处；超声波焊接机2具有由同一气缸控制的两个焊接头，即第一焊接头3和第二焊接头4，该第一焊接头3和第二焊接头4可在控制焊接头升降的气缸操作下，做同步的升降运动；在此需要说明的是，控制焊接头升降的气缸安装于超声波焊接机2的外壳内部，因此，在图1和图2中并未示出控制焊接头升降的气缸。

在第一焊接头3和第二焊接头4的下方，设置有用于装载待焊接物料，即回血器座30和滤膜31的夹具单元5，在焊接操作中，夹具单元5对待焊接物料的回血器座30和滤膜31起到支承、定位和导向的作用；在夹具单元5的下方，设置有双作用顶载具6，双作用顶载具6一方面可以支承夹具单元5，起到向上顶起夹具单元5的作用，另一方面还可以对夹具单元5提供适当的向下缓冲空间，以当回血器座由于尺寸不同而产生差异时，允许夹具单元5中的某一个夹具略微向下移动，从而保证第一焊接头3和第二焊接头4同时与夹具单元5相应夹具中的回血器座30和滤膜31保持稳定的接触，并且保证接触的要求完全一致，均达到保证滤膜31焊接质量要求的规定程度。

参见图3和图4，其中详细示出了双作用顶载具6的具体结构。在该双作用顶载具6中，设置有起到整体支撑固定作用的固定底板7，从图1和图2中可以看出，固定底板7与焊接支架1处于同一安装平面上；还设置有用于向上顶起夹具单元5的上顶机构8和起到支承作用的立柱9。

参见图5，其中详细示出了上顶机构8的具体结构。在该上顶机构8中，设置有用于调整上顶机构8整体左右位置的安装底座10，上顶机构8左右位置的调整是通过安装底座10上的长圆孔来实现的；在安装底座10的上方，固定有用于安装上顶气缸的上顶气缸安装座11；在上顶气缸安装座11的上方，安装有上顶气缸，在图5中示出的上顶气缸有两个，第一上顶气缸12和第二上顶气缸13，该第一上顶气缸12和第二上顶气缸13的气缸杆上分别连接有第一顶件14和第二顶件15。其中，参见图1可以看出，该第一上顶气缸12、第一顶件14在垂直位置上与第一焊接头3相对应，该第二上顶气缸13、第二顶件15在垂直位置上与第二焊接头4相对应。

参见图6，其中详细示出了夹具单元5的具体结构。在该夹具单元5中，设置有夹具锁板16，在夹具锁板16上开有多个一字形排列的通孔，图6中所示出的通孔为四个，这些通孔用于安装每一个相对独立的夹具。每个独立的夹具从上到下依次由夹具套17、衬套18、弹簧隔垫19、复位弹簧20、顶锁套21和螺钉22等部件构成。其中，夹具套17用于装载待焊接物料，即回血器座30和滤膜31，焊接操作时，回血器座30和滤膜31依次装入夹具套17所开设通孔的上端，并由夹具套17通孔上端的台阶进行轴向支承；衬套18安装在夹具锁板16所开设通孔中，并套装在夹具套17的外部，可以使得夹具套17相对于夹具锁板16沿其上通孔的轴线方向，也即沿上下方向做限定范围内的移动，在此衬套18起到定位导向的作用；螺钉22穿过顶锁套21，与夹具套17中心通孔下端的内螺纹通过螺纹连接在一起，并由此将套装在夹具套17外部的复位弹簧20，压缩固定在弹簧隔垫19和顶锁套21之间，复位弹簧20所起到的作用是，在夹具套17相对于夹具锁板16沿其上通孔的轴线方向做上下方向移动时，可以使得夹具套17在复位弹簧20的弹力作用下恢复原位。此外，每个独立的夹具在夹具套17中心通孔的内部还包括顶销23和顶销弹簧24，顶销23可以在焊接完成后，用于将焊接好的回血器座30和滤膜31顶出夹具套17，同样地，顶销弹簧24可以使得顶销23恢复原位。

当进行焊接操作时，操作者首先将四个回血器座30和四个滤膜31依次放入夹具单元5的一字形排列的四个夹具套17通孔的上端中；然后将夹具单元5整体放到双作用顶载具6的上部，并让夹具单元5的左侧两个夹具分别对应放到第一顶件14和第二顶件15的上部；操作第一上顶气缸12和第二上顶气缸13，使得该第一上顶气缸12和第二上顶气缸13同步向上移动，并到达第一上顶气缸12和第二上顶气缸13的顶部位置，此时由于第一上顶气缸12和第二上顶气缸13的作用，第一顶件14和第二顶件15基于向上推动夹具单元5底部的顶锁套21，而将夹具单元5整体抬起；然后操作控制焊接头升降的气缸，使得第一焊接头3和第二焊接头4向下运动，由于该第一焊接头3和第二焊接头4分别对应于第一上顶气缸12和第二上顶气缸13，以及夹具单元5上所安装的导向杆(图中未示出)的导向作用，因此该第一焊接头3和第二焊接头4将分别落入夹具单元5左侧的两个夹具套17的通孔中，并预压在夹具套17通孔上端所装入的滤膜31上。

由于回血器座30的制造误差，其尺寸不可能完全一致，通常在0.1～1毫米左右，从而导致第一焊接头3和第二焊接头4不可能将两个滤膜31同时压实在两个回血器座30上。在此需要说明的是，将控制焊接头升降的气缸所提供的压力设置成大于由第一上顶气缸12或第二上顶气缸13所提供的压力；更特别地，设置成大于由第一上顶气缸12或第二上顶气缸13所提供的压力与复位弹簧20所提供的弹性力之和；具体地，上述力学关系可以用下面的公式来表示：

Y＝k₁X₁+k₂X₂+C

其中：

Y为控制焊接头升降的气缸所提供的压力；

k₁为复位弹簧20的弹性系数；

X₁为复位弹簧20的变形量；

k₂为第一上顶气缸12或第二上顶气缸13中的压强；

X₂为第一上顶气缸12或第二上顶气缸13中的作用面积；

C为常数。

基于这样的设置，本发明可以实现对夹具单元5中的不同夹具进行自适应调整，从而实现每一个待焊接物料，即回血器座30和滤膜31都能与相应的焊接头稳定地接触，并且达到接触要求一致的规定程度，这样不但保证了焊接质量稳定，不会出现没有焊接或焊接过剩的现象，而且实现了多个待焊接物料的同时焊接，提高了生产效率。

由于控制焊接头升降的气缸所提供的向下压力大于第一上顶气缸12或第二上顶气缸13和复位弹簧20所提供的向上顶力，同时由于第一上顶气12或第二上顶气缸13缸和复位弹簧20具有可再压缩性，因此在控制焊接头升降的气缸的压力作用下，第一上顶气缸12或第二上顶气缸13和复位弹簧20将可能受到压缩，从而导致第一上顶件14或第二上顶件15向下移动，最终导致夹具单元5中的某一夹具向下移动。

例如，当一个焊接头，如第一焊接头3压实回血器座30和滤膜31，而另一焊接头，如第二焊接头4没有压实回血器座30和滤膜31时，在控制焊接头升降的气缸的压力作用下，第一焊接头3和第二焊接头4继续同步向下移动；第一焊接头3则依次通过其所对应的滤膜31、回血器座30、夹具套17、顶锁套21，推动第一上顶件14，从而导致第一上顶气缸12受到压缩而向下移动；第二焊接头4则逐步从没有压实回血器座30和滤膜31的状态，向下移动到压实回血器座30和滤膜31的状态，从而与第一焊接头3下面的回血器座30和滤膜31达到一致的接触状态。

与此同时，在第一焊接头3压下其所对应的夹具套17时，该夹具套17通过衬套18压下夹具锁板16，由于夹具锁板16与衬套18间的过盈配合，夹具锁板16将带动第二焊接头4所对应的夹具套17外侧的衬套18向下移动，从而压缩相应的复位弹簧20。这样使得第二焊接头4所对应的夹具套17从其外侧的衬套18中向上伸出，即第二焊接头4所对应的夹具套17仍然保持在原位而没有压下第二上顶件15，或是移动量小于第一焊接头3所对应的夹具套17的移动量，压下第二上顶件15的量也小于压下第一上顶件14的量。

第一上顶气缸12和第二焊接头4所对应的复位弹簧20受到压缩后，气缸的压强和弹簧的变形量都有所增加，所提供的向上作用力也有所增加，当与控制焊接头升降的气缸所提供的向下压力达到平衡时，第一上顶气缸12和第二焊接头4所对应的复位弹簧20的移动停止，此时即完成了本发明的焊接装置的自适应调节过程。

接下来，操作者操作超声波焊接将夹具单元5左侧两个夹具套17中的回血器座30和滤膜31焊接在一起。焊接完成后，将所有气缸恢复初始位置。随后，将夹具单元5的右侧两个夹具套17置于工作位置，重复上述操作，将右侧两个夹具套17中的回血器座30和滤膜31焊接在一起。至此，四个夹具套17中的回血器座30和滤膜31均焊接完成。取下夹具单元5，使用专用工具顶起夹具单元5中的顶销23，将四个焊接好的回血器座30和滤膜31取出，完成一个工作循环。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。