CN106841384A - 超声波焊接品质判断装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超声波焊接品质判断装置及方法。根据本发明一实施方式焊接品质判断装置包括：传感部，提供传感器传达信息；以及焊接品质判断部，求出焊接机输出能量，并利用传感器传达信息求出传感传达能量后算出焊接吸收能量，并利用焊接吸收能量判断焊接的不良与否。

Description

超声波焊接品质判断装置及方法
技术领域
本发明涉及超声波焊接品质判断装置以及方法。
背景技术
通常，超声波焊接(ultrasonic welding)是在较轻的载荷条件下，将被焊接物夹在两个焊接喷嘴(welding tip)之间，加压压力及超声波并利用超声波振动来进行接合的方法，主要用于软钢和铝、塑料等的焊接。
即，超声波焊接将通过大概在10～80KHZ的频率的超声波振荡的机械能施加到被焊接物。能量被充分施加后，产生局部加热，最终发生金属的移动而达到粘结。超声波焊接不需要常规焊接法中的高温融合或第三金属添加。
超声波能量是通过使被粘结表面与叫做焊头(horn)的振动焊接头接触来施加的。在焊头(horn)以充分的力度按压被焊接物的上部面的状态下，进行超声波焊接。
在超声波焊接中用于达到最佳的焊接品质的条件根据被焊接物的大小、形状以及材质、压力机的压力、振荡时间、焊头的振幅等而发生变化，所以通过实验求出最佳值之后再采用。
并且，在超声波焊接中为了管理焊接品质，以往方法只使用测量施加在超声波焊接机的加振机的能量，若测量能量超过规定范围则判断为不良焊接。
但是，上述的以往的焊接品质判断方法由于可靠性差，所以现在不再使用了。
发明内容
本发明是用于解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供可靠性优秀的超声波焊接品质判断装置以及方法。
本发明的其他目的通过以下说明的实施例会更加明确。
根据本发明的一实施方式的焊接品质判断部包括，传感部，提供传感器传达信息；以及焊接品质判断部，求出焊接机输出能量，并利用传感器传达信息求出传感传达能量后算出焊接吸收能量，并利用焊接吸收能量判断焊接的不良与否。
本发明的焊接品质判断装置可具备以下一个或多个实施例。例如，焊接品质判断部当焊接吸收能量不足规定值时判断为未焊接，当焊接吸收能量超过规定值时判断为过度焊接。
传感部可以利用可测定铁砧的移动的加速度传感器、激光位移传感器、涡电流传感器中的至少一种。
焊接品质判断部利用向超声波焊接系统的控制器或振动子的电流以及电压，来求出焊接机输出能量。
本发明的焊接品质判断方法包括，测定焊接机输出能量以及传感器传达能量的步骤；利用焊接机输出能量以及传感器传达能量算出焊接吸收能量的步骤；利用焊接吸收能量判断焊接品质的步骤。
本发明的焊接品质判断方法还可包括以下实施例。例如，可包括焊接品质判断方法，其特征在于，焊接品质判断结果为不良的情况下控制加压力、振幅、时间以及振动数中的一种，来控制焊接品质成适当焊接。
本发明可提供可靠性较高的焊接品质判断装置以及方法。
并且，本发明提供测定方法简单且测定结果直观的焊接品质判断装置以及方法。
附图说明
图1为本发明一实施例的具备超声波焊接品质判断装置的超声波焊接系统的附图。
图2为例示本发明一实施例的超声波焊接品质判断方法的流程图。
图3为根据被焊接部所吸收的能量显示其焊接品质的曲线图。
附图标记的说明
100：焊接品质判断装置 110：焊接品质判断部
120：传感部 130：控制器
132：振动子 134：增幅器
136：焊头 138：铁砧
140：被焊接物
具体实施方式
本发明既可做多种变化，又包含多种实施例，将特定实施例例示在附图中，并在具体实施方式中详细地说明。但是，这并不是将本发明限定在特定实施形态，而应理解为本发明的范围包含属于本发明的思想以及在技术范围的所有变化、等同物以及替换物。在说明本发明的过程中，判断为对相关公知技术的具体说明会使本发明的要旨混淆的情况下省略其详细说明。
本申请中所使用的术语仅是为了说明特定实施例，并非是限定本发明的意图。在文章里并没有明确的表示其他意思时，单数的表述包含复数的表述。在本申请中将‘包括’或‘具有’等术语应理解成为了指定记载于说明书的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们的组合的存在，并非事先排除一个或一个以上其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们的组合的存在或附加的可能性。
第一、第二等术语使用于说明多种构成要素，但是上述构成要素不能被上述术语限定。上述术语使用目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。
在此，参照附图详细说明本发明的实施例，在参照附图进行说明时，与附图编号无关地，对相同或对应的构成要素赋予相同的附图标记，并省略对其的重复说明。
图1是发明一实施例的具备超声波焊接品质判断装置100的超声波焊接系统的附图。
根据本实施例，超声波焊接品质判断装置100设置于超声波焊接系统，可实时判断超声波焊接的品质。
根据本实施例，超声波焊接品质判断装置100包括：传感部120，提供传感器传达信息，焊接品质判断部110，求出焊接机输出能量(Eo)，并利用传感器传达信息求出传感器传达能量(Et)后，算出焊接吸收能量(Ew)，并利用焊接吸收能量(Ew)判断焊接的不良与否。
根据本实施例，在对超声波焊接品质判断装置100说明之前，先对超声波焊接系统进行说明。
超声波焊接系统包括控制器130、振动子132、增幅器134、焊头136以及铁砧138。
振动子132借助控制器130供给的电源产生振动。借助振动子132的振动能量在被焊接物140的上部面焊头136实施焊接。增幅器134(booster)位于焊头136和振动子132之间，以减少或增加振动子132的振幅(amplitude)并传达到焊头136。并且，控制器130通过控制振动子132供给的电源来控制振动数以及振幅。
焊头136借助振动子132的振动能量沿着水平方向振动，并加压被焊接物140来实施焊接。
铁砧138(anvil)用于支撑被焊接物140，在与焊头136之间通过对被焊接物140的加压以及振动进行焊接。铁砧138可与传感部120结合。
传感部120与铁砧138相结合，向焊接品质判断部110提供可求出传感器传达能量(Et)的传感器传达信息。传感部120可相当于加速度传感器、激光位移传感器以及涡电流传感器中任一种或它们的组合。
加速度传感器(acceleration sensor)测定振动的铁砧138的加速度或冲击强度。如传达到铁砧138的加速度或冲击等传感器传达信息传达到焊接品质判断部110。焊接品质判断部110可利用以下公式来求出传感器传达能量(Et)，
公式：Et＝1/2mv。
在上述公式中m相当于焊头136、铁砧138以及被焊接物140的重量之和。焊接品质判断部110对借助加速度传感器测定的加速度值进行积分来求出速度(v)后，通过上述公式求出传感器传达能量(Et)。
加速度传感器借助多种手段以及方法来与铁砧138结合。例如，加速度传感器可与铁砧138的侧面机械式结合或借助别的部件(未图示)与铁砧138结合。综上所述，本发明不限制加速度传感器结合在铁砧138的方法。
加速度传感器与焊头136相结合，测定焊头136的加速度，向焊接品质判断部110提供传感器传达信息。
激光位移传感器可以测定借助振动的铁砧138位移并作为传感器传达信息提供给焊接品质判断部110。焊接品质判断部110将作为激光位移传感器测定的铁砧138位移的微分值的速度(v)适用于上述公式求出传感器传达能量(Et)。当然，激光位移传感器也可以测定焊头136的位移。
激光位移传感器可与铁砧138以及焊头136中的任一种或可位于从铁砧138以及焊头136隔开的位置。
涡电流传感器(eddy current sensor)利用发生在导电体的涡电流的线圈的感应变化的传感器，测定振动的铁砧138的位移，并将位移作为传感器传达信息传达到焊接品质判断部110。焊接品质判断部110将作为涡电流传感器测定的铁砧138的位移的微分值的速度(v)适用于上述公式求出传感器传达能量(Et)。
当然，涡电流传感器也可以测定焊头136的位移，并将该位移作为传感器传达信息传达到焊接品质判断部110。
涡电流传感器也可与铁砧138以及焊头136中的任一种相结合或位于从铁砧138以及焊头136隔开的位置。
根据本发明的焊接品质判断装置100是不限制于传感部120的传感器种类以及其结合结构。根据本发明传感部只要是能测定铁砧138以及焊头136中至少一种加速度、速度或位移的话，可使用任何传感器。根据本发明的传感部可以与焊头136相结合，也可以位于从焊头136以及铁砧138隔开的位置。
焊接品质判断部110利用通过传感部120输入的传感器传达信息并根据上述方法来求出传感器传达能量(Et)。并且，焊接品质判断部110求出焊接机输出能量(Eo)。焊接品质判断部110利用供给到超声波焊接系统的控制器130的驱动电流和电压，求出焊接机输出能量(Eo)。
并且，焊接品质判断部110还可以利用供给到超声波焊接系统的振动子132的电流和电压，求出焊接机输出能量(Eo)。
焊接品质判断部110求出焊接机输出能量(Eo)以及传感器传达能量(Et)后，根据以下公式算出焊接吸收能量(Ew)。焊接吸收能量(Ew)相当于被焊接物140借助超声波焊接实际吸收的能量，
公式：Eo＝Et+Ew。
图2为例示本发明一实施例的超声波焊接品质判断方法的流程图。图3为根据被焊接部所吸收的能量显示其焊接品质的曲线图。
参照图2及图3，根据本发明一实施例，超声波焊接品质判断方法包括，测定焊接机输出能量以及传感器传达能量的步骤；利用焊接机输出能量以及传感器传达能量算出焊接吸收能量的步骤；利用焊接吸收能量判断焊接品质的步骤；显示焊接结果并判断是否为适当焊接后，在不是适当焊接的情况下变更焊接参数的步骤。
焊接品质判断部110分别求出焊接机输出能量(Eo)以及传感器传达能量(Et)后，可根据上述公式算出焊接吸收能量(Ew)。并且，焊接品质判断部110利用所算出的焊接吸收能量(Ew)，将焊接品质判断为未焊接、适当焊接以及过度焊接中的一种。
焊接品质判断部110根据对相应被焊接物的大小、形状以及材质的焊接吸收能量(Ew)来储存与焊接品质有关的数据库或利用这种信息。参照图3，对适当焊接的焊接吸收能量(Ew)范围在a～b的情况下，算出的焊接吸收能量(Ew)不足a的情况下可判断为未焊接，焊接吸收能量(Ew)超过b的情况下可判断为过度焊接。当然，算出的焊接吸收能量(Ew)在a～b范围内的情况下焊接品质判断部110可判断为正在进行适当焊接。借助焊接品质判断部110的焊接品质结果可以实时测定。
焊接品质判断部110可以通过显示器112显示所测定的焊接品质。
焊接品质判断部110利用所测定的焊接品质信息实时变更焊接参数。例如，焊接品质判断结果判断为未焊接的情况下，可增加被焊接物140焊头136的加压力以及振幅中至少一种；判断为过度焊接的情况下，可减少被焊接物140焊头136的加压力以及振幅中至少一种。除了焊头136的加压力以及振幅以外，焊接品质判断部110还可控制作为焊接参数的振动数以及时间中的任意一种。
根据本实施例焊接品质判断装置100在求出焊接机输出能量(Eo)和传感器传达能量(Et)后，利用这些来求出焊接吸收能量(Ew)，因此可提高焊接品质判断的可靠性。并且，根据本实施例焊接品质判断装置100的特征在于易于测定焊接机输出能量(Eo)以及焊接吸收能量(Ew)，因此最后可以易于判断焊接品质。
以上，虽然参照本发明的一实施例来说明了本发明，但只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就可以理解在未超出本发明要求保护范围中所记载的思想以及范围内，可对本发明进行多种修改以及变更。

Claims (8)

1.一种超声波焊接品质判断装置，其特征在于，包括：
传感部，提供传感器传达信息；以及
焊接品质判断部，求出焊接机输出能量(Eo)和传感器传达能量(Et)后，通过以下公式算出焊接吸收能量(Ew)，并利用上述焊接吸收能量(Ew)判断焊接品质不良与否，上述传感器传达能量(Et)是利用上述传感器传达信息求出的，
公式：Eo＝Et+Ew。
2.根据权利要求1所述的超声波焊接品质判断装置，其特征在于，当上述焊接吸收能量不足规定值时焊接品质判断部判断为未焊接，当上述焊接吸收能量超过规定值时焊接品质判断部判断为过度焊接。
3.根据权利要求1所述的超声波焊接品质判断装置，其特征在于，上述传感部为与铁砧相结合的加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的超声波焊接品质判断装置，其特征在于，上述传感部为激光位移传感器。
5.根据权利要求1所述的超声波焊接品质判断装置，其特征在于，上述传感部为涡电流传感器。
6.根据权利要求1所述的超声波焊接品质判断装置，其特征在于，上述焊接品质判断部利用向超声波焊接系统的控制器或振动子供给的电流和电压，来求出上述焊接机输出能量。
7.一种超声波焊接品质判断方法，其特征在于，包括：
测定焊接机输出能量(Eo)以及传感器传达能量(Et)的步骤；
利用上述焊接机输出能量(Eo)以及上述传感器传达能量(Et)，根据以下公式算出焊接吸收能量(Ew)的步骤，
公式：Eo＝Et+Ew；
利用上述焊接吸收能量(Ew)判断焊接品质的步骤。
8.根据权利要求7所述的判断超声波焊接品质方法，其特征在于，上述焊接品质判断结果判断为不良的情况下，控制焊接参数使得焊接品质成适当焊接。
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