振动焊接系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 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
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] -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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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1〇%_25%)施加给电磁体并且使频率以小的增量（通常0. 1 Hz)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。
[0008] 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。
【发明内容】
[0009] 本公开提供一种通过实现第一工件相对于第二工件的往复移动而且将工件推进 到一起来焊接第一和第二工件的振动焊接系统。该振动焊接系统包括第一和第二工件支 架，其中第一工件支架被安装以用于相对于第二工件支架进行往复移动。将一对电磁体耦 合到第一工件支架来实现第一工件支架的往复移动，并且将电气驱动系统耦合到电磁体来 连续地激励和去激励彼此有相位差的电磁体以实现第一工件支架的往复移动。驱动系统包 括：DC电流源；多个可控制的电子开关装置，其用于可控地将该源耦合到每一个电磁体并 且从每一个电磁体去耦合该源；电流传感器，其耦合到电磁体并且产生表示供应给电磁体 的电流的信号；以及控制电路，其耦合到电子开关装置并且接收由电流传感器产生的信号 以便使该开关装置接通和关断，从而控制电磁体的激励和去激励以实现第一工件支架的往 复移动。
[0010] 在一个实施例中，第一工件支架是具有振动的谐振频率的可移动的机械系统的一 部分，将控制电路编程为保持对于激励和去激励每一个电磁体的每个连续循环的预先选择 的时间段，并且该预先选择的时间段对应于可移动的机械系统的谐振频率。
[0011] 在一个实施方式中，控制电路被配置成将由电流传感器产生的信号与预置电流水 平相比较并且控制供应给电磁体的电流，并且由此控制供应给电磁体和由此供应给工件的 能量的数量。
[0012] 在一个实施方式中，通过由控制电路激活的液压驱动器来接合第二工件。通过控 制电路来监视在接合的第一和第二工件之间的压力以及第二工件的线性位置。
【附图说明】
[0013] 可以通过结合附图参考以下描述来更好的理解本发明，其中： 图1是用于振动焊接机的电气控制系统的示意图。
[0014] 图2是通过图1的电气控制系统供应给振动焊接机中的两个驱动电磁体的激励电 流的时序图。
[0015] 图3是通过图1的电气控制系统供应给与振动焊接机中的电磁体的其中之一相关 联的四个绝缘栅双极晶体管（IGBT)的控制信号的时序图。
[0016] 图4是对应于图2的上线的第一循环的时序图，但具有用于供应给振动焊接机中 的电磁体的电流的最大值的不同设置点。
[0017] 图5A-?是与振动焊接机中的电磁体的其中之一相关联的四个IGBT的电气示意 图，并且图示在图2的时序图中的电流的其中之一的一个循环期间通过那些IGBT的电流。
[0018] 图6是包括在图1的电气控制系统中的控制模块中的电路的一个实施例的电气示 意图，以便控制IGBT的其中之一。
[0019] 图7是图示图1- 6的系统的"声脉冲（ping)"操作模式的波形的时序图。
【具体实施方式】
[0020] 尽管将与某些优选实施例结合来描述本发明，但将会理解本发明不局限于那些特 定的实施例。相反地，本发明意图涵盖包括在如所附权利要求书限定的本发明的精神和范 围内的所有替代、修改和等同布置。
[0021] 图1图示包括在支撑塑料部件乃的移动元件12的相对端部处具有转子10和11 的两个固定电磁体ZJP Zf (例如附着于固定框架）的线性振动焊接机。当电磁体Zr被激 励时，将焊接机的移动元件12移到左侧（如图1中所看到的那样），并且当电磁体&被激 励时，将移动元件12移到右侧。用180°相移将两个电磁体ZjP &顺序地激励和去激励， 以便引起移动元件12和稳固地附着于移动元件12的塑料部件乃的振动。当塑料部件乃 振动时，通过液压缸28将施压于固定的塑料部件以使得振动的塑料部件/^目对于固定 的塑料部件A的振荡运动产生引起两个塑料部件的接合表面熔融的热量，使得当振动停止 时，两个部件被焊接