CN108973140A - 一种机械手快换式超声波焊接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械手快换式超声波焊接机构，包括焊头机架、超声波焊头、换能器，所述焊头机架前端延伸有上部固定座和下部固定座，所述换能器的圆周外壁转动安装在上部固定座上，换能器的底部通过调幅器连接有超声波焊头，所述调幅器的圆周外壁转动安装在下部固定座上，焊头机架上还安装有用于驱动调幅器转动的角度旋转驱动机构。本发明结构设计合理，可以通用于90％以上的超声波自动焊接设备，适合圆焊、方焊、穿刺焊以及多角度焊接领域，降低了整体制造成本，效率大幅提高，适合连续性作业，避免了人工更换错误。
Description
技术领域
本发明涉及超声波焊接技术领域，具体为一种机械手快换式超声波焊接机构。
背景技术
超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40KHz电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。
随着科技的不断发展，超声波焊接技术广泛运用于各个行业的焊接，如化妆品，汽车制造业，3C行业，家电行业，等等。
现有技术中，焊接分为手工焊接，半自动焊接，自动焊接，遇到焊点类型或者形状比较多样化的情况，需要人工更换焊接系统焊头，不仅效率低，并且成本高，更换频率高且繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械手快换式超声波焊接机构，以解决上述背景技术中提出的问题。针对现有技术中焊接设备非标定制问题，设计一种机械手快换式超声波焊接机构，可以通用于90％以上的超声波自动焊接设备，焊点多类型(如圆焊，方焊，穿刺焊等)，多角度(0至360°)均可等领域，降低整体制造成本，效率大幅提高，适合连续性作业，避免了人工更换错误。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机械手快换式超声波焊接机构，包括焊头机架、超声波焊头、换能器，所述焊头机架前端延伸有上部固定座和下部固定座，所述换能器的圆周外壁转动安装在上部固定座上，换能器的底部通过调幅器连接有超声波焊头，所述调幅器的圆周外壁转动安装在下部固定座上，焊头机架上还安装有用于驱动调幅器转动的角度旋转驱动机构。
作为本发明进一步的方案：所述角度旋转驱动机构包括伺服电机、主动同步轮、从动同步轮以及同步齿形带，所述伺服电机固定在焊头机架延伸出的电机座板上，伺服电机的输出轴上安装有主动同步轮，所述从动同步轮固定套装在调幅器的圆周外壁上，同步齿形带套装在主动同步轮和从动同步轮上。
作为本发明进一步的方案：还包括用于压紧同步齿形带的张紧轮装置，张紧轮装置包括焊头机架延伸出的张紧架和张紧轮，张紧轮的轮轴转动安装在张紧架上，张紧轮的圆周压贴在同步齿形带外壁上。
作为本发明进一步的方案：还包括角度检测装置，角度检测装置包括角度原点光电传感器和角度定位片，所述角度定位片呈扇形结构布置，角度定位片固定在从动同步轮的端面上，角度定位片上开设有供角度原点光电传感器检测的角度定位孔。
作为本发明进一步的方案：所述角度原点光电传感器呈U型状，角度原点光电传感器包括固定在焊头机架上的U型壳体，U型壳体两端分别安装有光电发射器和光电接收器，随着从动同步轮的转动，角度定位片会经过光电发射器和光电接收器之间的间隙。
作为本发明进一步的方案：所述换能器的圆周外壁通过换能器轴承转动安装在上部固定座上，换能器的圆周外壁上安装有与换能器轴承的内圈插装的换能器轴承套，换能器轴承的外圈插装在上部固定座的轴承孔内。
作为本发明进一步的方案：所述调幅器的圆周外壁通过调幅器轴承安装在下部固定座上，调幅器轴承的内圈套装在调幅器的圆周外壁上，调幅器轴承的外圈插装在下部固定座的轴承孔内，下部固定座通过压盖螺栓固定有轴承压盖，轴承压盖将调幅器轴承的外圈压贴在下部固定座的轴承孔内。
作为本发明进一步的方案：所述焊头机架的顶部还安装有快换盘，快换盘包括相互卡装的快换盘焊头端和快换盘机械手端，快换盘焊头端固定在焊头机架的顶部，快换盘机械手端固定在对应的机械手上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：角度旋转驱动机构能够驱动超声波焊头转动，实现焊头多角度焊接；张紧轮装置用于压紧同步齿形带，防止主动同步轮或从动同步轮松动跳齿，造成角度不准的问题；通过角度检测装置中角度原点光电传感器对转动的角度定位片，可以精准掌握超声波焊头的旋转角度；快换盘能实现气和电的自动无缝对接，能够自动快换更换焊头设备，继续焊接其他类型焊点。本发明结构设计合理，可以通用于90％以上的超声波自动焊接设备，适合圆焊、方焊、穿刺焊以及多角度焊接领域，降低了整体制造成本，效率大幅提高，适合连续性作业，避免了人工更换错误。
附图说明
图1为一种机械手快换式超声波焊接机构的轴侧示意图；
图2为一种机械手快换式超声波焊接机构的剖开示意图。
图中：1-超声波焊头，2-下部固定座，3-张紧轮，4-主动同步轮，5-伺服电机，6-快换盘机械手端，7-快换盘焊头端，8-角度定位片，9-同步齿形带，10-轴承压盖，11-调幅器，12-调幅器轴承，13-压盖螺栓，14-换能器轴承，15-换能器轴承套，16-换能器，17-角度原点光电传感器，18-从动同步轮，19-上部固定座，20-张紧架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明提供一种技术方案：一种机械手快换式超声波焊接机构，包括焊头机架、超声波焊头1、换能器16，换能器16可采用KKS系列换能器；所述焊头机架前端延伸有上部固定座19和下部固定座2，所述换能器16的圆周外壁转动安装在上部固定座19上，换能器16的底部通过调幅器11连接有超声波焊头1，所述调幅器11的圆周外壁转动安装在下部固定座2上，焊头机架上还安装有用于驱动调幅器11转动的角度旋转驱动机构。
其中，所述角度旋转驱动机构包括伺服电机5、主动同步轮4、从动同步轮18以及同步齿形带9，所述伺服电机5固定在焊头机架延伸出的电机座板上，伺服电机5的输出轴上安装有主动同步轮4，所述从动同步轮18固定套装在调幅器11的圆周外壁上，同步齿形带9套装在主动同步轮4和从动同步轮18上。
本发明还包括用于压紧同步齿形带9的张紧轮装置，张紧轮装置包括焊头机架延伸出的张紧架20和张紧轮3，张紧轮3的轮轴转动安装在张紧架20上，张紧轮3的圆周压贴在同步齿形带9外壁上。张紧轮装置用于压紧同步齿形带9，防止主动同步轮4或从动同步轮18松动跳齿，造成角度不准的问题。
本发明还包括角度检测装置，角度检测装置包括角度原点光电传感器17和角度定位片8，所述角度定位片8呈扇形结构布置，角度定位片8固定在从动同步轮18的端面上，角度定位片8上开设有供角度原点光电传感器17检测的角度定位孔。
其中，所述角度原点光电传感器17呈U型状，角度原点光电传感器17包括固定在焊头机架上的U型壳体，U型壳体两端分别安装有光电发射器和光电接收器，随着从动同步轮18的转动，角度定位片8会经过光电发射器和光电接收器之间的间隙。光电发射器用于发射光电信号，光电接收器用于接收光电发射器发出的光电信号，当角度定位片8在转动过程中经过光电发射器和光电接收器之间的间隙时，光电接收器无法接收光电信号，随着角度定位片8的转动，当角度定位片8离开光电发射器和光电接收器之间的间隙，或者角度定位孔经过时，光电接收器即可接收光电信号，可以实现超声波焊头1的角度初始化的原点校准，实时记录转动的角度。角度定位片8转动到某一角度位置时，光电接收器接收到信号后，会将信号发送至外部控制器，外部控制器根据需要，可以控制伺服电机5停止转动。
所述换能器16的圆周外壁通过换能器轴承14转动安装在上部固定座19上，换能器16的圆周外壁上安装有与换能器轴承14的内圈插装的换能器轴承套15，换能器轴承14的外圈插装在上部固定座19的轴承孔内。
所述调幅器11的圆周外壁通过调幅器轴承12安装在下部固定座2上，调幅器轴承12的内圈套装在调幅器11的圆周外壁上，调幅器轴承12的外圈插装在下部固定座2的轴承孔内，下部固定座2通过压盖螺栓13固定有轴承压盖10，轴承压盖10将调幅器轴承12的外圈压贴在下部固定座2的轴承孔内。
所述焊头机架的顶部还安装有快换盘，快换盘包括相互卡装的快换盘焊头端7和快换盘机械手端6，快换盘焊头端7固定在焊头机架的顶部，快换盘机械手端6固定在对应的机械手上。快换盘可采用现有技术中的快换盘结构，比如，中国专利CN104924322A公开的自保型机器人末端快换盘。
本发明的工作原理是：角度旋转驱动机构能够驱动超声波焊头1转动，实现焊头多角度焊接；张紧轮装置用于压紧同步齿形带9，防止主动同步轮4或从动同步轮18松动跳齿，造成角度不准的问题；通过角度检测装置中角度原点光电传感器17对转动的角度定位片8，可以精准掌握超声波焊头1的旋转角度，超声波焊头1的角度初始化通过角度定位片8和角度原点光电传感器17配合，进行角度原点校准动作；快换盘能实现气和电的自动无缝对接，能够自动快换更换焊头设备，继续焊接其他类型焊点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种机械手快换式超声波焊接机构，包括焊头机架、超声波焊头(1)、换能器(16)，其特征在于：所述焊头机架前端延伸有上部固定座(19)和下部固定座(2)，所述换能器(16)的圆周外壁转动安装在上部固定座(19)上，换能器(16)的底部通过调幅器(11)连接有超声波焊头(1)，所述调幅器(11)的圆周外壁转动安装在下部固定座(2)上，焊头机架上还安装有用于驱动调幅器(11)转动的角度旋转驱动机构。
2.根据权利要求1所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：所述角度旋转驱动机构包括伺服电机(5)、主动同步轮(4)、从动同步轮(18)以及同步齿形带(9)，所述伺服电机(5)固定在焊头机架延伸出的电机座板上，伺服电机(5)的输出轴上安装有主动同步轮(4)，所述从动同步轮(18)固定套装在调幅器(11)的圆周外壁上，同步齿形带(9)套装在主动同步轮(4)和从动同步轮(18)上。
3.根据权利要求2所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：还包括用于压紧同步齿形带(9)的张紧轮装置，张紧轮装置包括焊头机架延伸出的张紧架(20)和张紧轮(3)，张紧轮(3)的轮轴转动安装在张紧架(20)上，张紧轮(3)的圆周压贴在同步齿形带(9)外壁上。
4.根据权利要求2所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：还包括角度检测装置，角度检测装置包括角度原点光电传感器(17)和角度定位片(8)，所述角度定位片(8)呈扇形结构布置，角度定位片(8)固定在从动同步轮(18)的端面上，角度定位片(8)上开设有供角度原点光电传感器(17)检测的角度定位孔。
5.根据权利要求4所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：所述角度原点光电传感器(17)呈U型状，角度原点光电传感器(17)包括固定在焊头机架上的U型壳体，U型壳体两端分别安装有光电发射器和光电接收器，随着从动同步轮(18)的转动，角度定位片(8)会经过光电发射器和光电接收器之间的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：所述换能器(16)的圆周外壁通过换能器轴承(14)转动安装在上部固定座(19)上，换能器(16)的圆周外壁上安装有与换能器轴承(14)的内圈插装的换能器轴承套(15)，换能器轴承(14)的外圈插装在上部固定座(19)的轴承孔内。
7.根据权利要求1所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：所述调幅器(11)的圆周外壁通过调幅器轴承(12)安装在下部固定座(2)上，调幅器轴承(12)的内圈套装在调幅器(11)的圆周外壁上，调幅器轴承(12)的外圈插装在下部固定座(2)的轴承孔内，下部固定座(2)通过压盖螺栓(13)固定有轴承压盖(10)，轴承压盖(10)将调幅器轴承(12)的外圈压贴在下部固定座(2)的轴承孔内。
8.根据权利要求1所述的一种机械手快换式超声波焊接机构，其特征在于：所述焊头机架的顶部还安装有快换盘，快换盘包括相互卡装的快换盘焊头端(7)和快换盘机械手端(6)，快换盘焊头端(7)固定在焊头机架的顶部，快换盘机械手端(6)固定在对应的机械手上。
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