CN111604684B - 换能器的压制工装及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波加工技术领域，公开了一种换能器的压制工装及组装方法，包括：将螺杆的一端安装于前盖板上，将压电振子套设于螺杆的外部位于前盖板的后端位置，将后盖板套设于螺杆的外部位于压电振子的后端位置，将螺母套设于螺杆的外部位于后盖板的后端，组装成预装配换能器组件；将预装配换能器组件的前盖板装夹于夹持机构中；限位机构与夹持机构相对靠近，直至限位机构与后盖板相抵，以给后盖板施加轴向预压力，螺母穿设于卡合口；扭矩加载机构给螺母施加扭矩，以拧紧螺母，直到压电振子达到压制要求。本发明能够防止换能器在压制过程中乱动，避免各部件之间发生相对位移；另外，顶紧后盖板后，在旋转螺母时操作更加容易、稳定。

Description

换能器的压制工装及组装方法

技术领域

本发明涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种换能器的压制工装及组装方法。

背景技术

超声波焊接系统适用于口罩、医用防护服的全塑鼻梁条焊接、折边后焊接、呼吸阀焊接、多层滚焊和耳带焊接等焊接工序，也适用于纸尿裤、包装袋或金属材料的焊接工序。超声波焊接系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆和焊接头，其大致的工作原理为：超声波发生器将低频交流电转化为高频交流电，通过换能器将电能转化为高频振动的机械能，焊接头作用于热塑性塑料的接触面时产生每秒几万次的高频振动，高频振动通过上焊件把超声能量传送到焊区，此区域的上焊件和下焊件产生摩擦，产生局部高温，超声作用后，压力持续几秒，使其凝固成型，形成坚固的分子链，实现超声焊接。使用超声波焊接系统进行口罩、纸尿裤、包装袋或金属材料的焊接加工时，无需溶剂、粘贴剂或其他辅助物，安全、环保无污染，且替代传统人工焊接，不仅能够提高生产效率，而且能够有效降低成本。

目前，在压制换能器的过程中，通常采用手拧螺母以计算预紧力，从而转化为压电振子的压力；在拧紧的过程中存在受力不均的问题，导致操作复杂且不稳定。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种换能器的压制工装，其能够使得换能器的压制作业更容易，并提高操作的稳定性。本申请的另一个目的在于提供一种基于上述换能器的压制工装的换能器的组装方法。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种换能器的压制工装，其包括：

夹持机构；

限位机构，其与所述夹持机构相对设置，所述限位机构上开设有贯穿其两侧的卡合口，且所述夹持机构与所述限位机构之间的相对位置能够发生变化；及

扭矩加载机构，其设于限位机构背离于所述夹持机构的一侧，所述扭矩加载机构能够提供扭转力。

在上述压制工装中，可选地，还包括检测机构，所述检测机构包括：

电导通件，其安装于所述限位机构上；

电容，其一端与所述电导通件电连接；及

电压表，其并联连接于所述电容的两端。

在上述压制工装中，可选地，所述夹持机构能够相对于所述限位机构发生水平方向的移动以及竖直方向的移动。

在上述压制工装中，可选地，所述扭矩加载机构包括：

旋转机构，所述旋转机构能够带动其动力输出端转动；及

套筒，其安装于所述旋转机构的动力输出端，所述套筒与所述卡合口相对的一面开设有用于与螺母的外轮廓相适配的卡槽。

一种换能器的组装方法，其基于上述换能器的压制工装，包括：

将螺杆的一端安装于前盖板上，将压电振子套设于螺杆的外部位于所述前盖板的后端位置，将后盖板套设于螺杆的外部位于所述压电振子的后端位置，将螺母套设于螺杆的外部位于所述后盖板的后端，组装成预装配换能器组件；

将所述预装配换能器组件的前盖板装夹于所述夹持机构中；

限位机构与所述夹持机构相对靠近，直至限位机构与所述后盖板相抵，以给所述后盖板施加轴向预压力，螺母穿设于所述卡合口；

扭矩加载机构给所述螺母施加扭矩，以拧紧所述螺母，直到所述压电振子达到压制要求。

在上述换能器的组装方法中，可选地，所述预压力的值为2T-6.5T。

在上述换能器的组装方法中，可选地，所述压电振子包括以叠堆构造布置的多个压电陶瓷及多个电极片，其中导通所述压电振子的正电极面的电极片为正极电极片，导通所述压电陶瓷的负电极面的电极片为负极电极片；

所述组装成预装配换能器组件后还包括：

设置第一导电件将各所述正极电极片相连，设置第二导电件将各所述负极电极片相连；

所述扭矩加载机构拧紧所述螺母，直到所述压电振子达到压制要求包括：

通过检测机构反馈的电压值判断所述压电振子是否达到压制要求；

其中，所述检测机构包括：

电导通件，其安装于所述限位机构上；

电容，其一端与所述第一导电件电连接；及

电压表，其并联连接于所述电容的两端，用于反馈电压值；

当所述限位机构与所述后盖板相抵时，所述电导通件与所述第一导电件电连接。

在上述换能器的组装方法中，可选地，所述通过检测机构反馈的电压值判断所述压电振子是否达到压制要求包括：

将反馈的电压值与预设的标准电压值进行比较；

若相等，则表明压制合格；

若反馈的电压值大于预设的标准电压值，则表明需要继续压制；

若反馈的电压值小于预设的标准电压值，则表明压制过度。

在上述换能器的组装方法中，可选地，所述第一导电件及所述第二导电件均为弯折状。

在上述换能器的组装方法中，可选地，所述第一导电件及所述第二导电件均呈“[”状。

本申请的换能器的压制工装及组装方法，在压制换能器的过程中，对后盖板提前施加轴向预压力，能够在压制过程中防止换能器乱动，避免各部件之间发生相对位移，例如螺母与后盖板之间、压电陶瓷与电极片之间等；另外，顶紧后盖板后，在旋转螺母时操作更加容易，且更加稳定。

附图说明

以下结合符合和优选实施例来对本申请进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为本申请范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1是一种本申请的换能器的剖视图；

图2是本申请的换能器的压制工装的一个实施例的立体视图；

图3是本申请的换能器的压制工装的一个实施例关于其检测机构的电路示意图；

图4是本申请的换能器的组装方法的一个实施例的流程示意图。

图中，10、换能器；11、前盖板；12、螺杆；13、压电振子；131、压电陶瓷；132、电极片；1321、正极电极片；1322、负极电极片；14、后盖板；15、螺母；16、第一导电件；17、第二导电件；

20、换能器的压制工装；21、夹持机构；22、限位机构；221、卡合口；23、扭矩加载机构；231、旋转机构；232、套筒；24、检测机构；241、电导通件；242、电容；243、电压表。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本申请的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应当被解释为限定了本申请的保护范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。

应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。

另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。

面对新冠疫情，为了提升口罩和医用防护设备的生产质量，本发明做了如下改进。

本申请中所提到的换能器10的具体结构参照附图1所示，其包括：前盖板11、螺杆12、压电振子13、后盖板14及螺母15，螺杆12的前端与前盖板11相连，压电振子13套设于螺杆12的外部且位于前盖板11的后端，后盖板14套设于螺杆12的外部且位于压电振子13的后端，螺母15套设于螺杆12的后端，螺母15抵接后盖板14的后端并将压电振子13压紧于前盖板11与后盖板14之间。

更具体地，压电振子13包括以叠堆构造布置的多个压电陶瓷131和多个电极片132，其中各电极片132用于分别导通各压电陶瓷131，其中，导通压电陶瓷131的正电极面的电极片132为正极电极片1321，导通压电陶瓷131的负电极面的电极片132为负极电极片1322。

本实施例中，相邻两个压电陶瓷31相向的一面的表面极性相同，从而通过一个电极片32能够导通相邻两个压电陶瓷31的正电极面或者负电极面；如图1所示，本实施例中包括四个压电陶瓷131、两个正极电极片1321及两个负极电极片1322，且从前至后依次为：压电陶瓷131、正极电极片1321、压电陶瓷131、负极电极片1322、压电陶瓷131、正极电极片1321、压电陶瓷131、负极电极片1322。

如图2所示，本申请实施例的第一方面提供一种换能器的压制工装20，其包括：夹持机构21、限位机构22及扭矩加载机构23；限位机构22与夹持机构21相对设置，限位机构22上开设有贯穿其两侧的卡合口221，且夹持机构21与限位机构22之间的相对位置能够发生变化，扭矩加载机构23设于限位机构22背离于夹持机构21的一侧，扭矩加载机构22能够提供扭转力。

本申请实施例的第二方面还提供一种利用上述压制工装的换能器的组装方法，具体参阅附图4所示，其包括以下步骤：

S1、将螺杆12的一端安装于前盖板11上，将压电振子13套设于螺杆12的外部位于前盖板11的后端位置，将后盖板14套设于螺杆12的外部位于压电振子13的后端位置，将螺母15套设于螺杆12的外部位于后盖板14的后端，组装成预装配换能器组件；

S2、将预装配换能器组件的前盖板11装夹于夹持机构21中；

S3、限位机构22与夹持机构21相对靠近，直至限位机构21与后盖板14相抵，以给后盖板14施加轴向预压力，螺母15穿设于卡合口221；

S4、扭矩加载机构23给螺母15施加扭矩，以拧紧螺母15，直到压电振子13达到压制要求。

基于上述技术方案，在压制换能器的过程中，通过提前施加预压力能够防止换能器10在压制过程中乱动，避免各部件之间发生相对位移，例如后盖板14与压电振子13之间、压电陶瓷131与电极片132之间等；另外，在限位机构22顶紧后盖板14后，在旋转螺母15时操作更加容易及稳定。

优选地，上述预压力的值为2T-6.5T，具体根据不同型号的压电陶瓷选择不同的预压力。

本实施例中，为了能够更精准地控制压电振子13的压力，上述换能器的压制工装还包括检测机构24(附图2中未具体示出)，参阅附图3所示，检测机构24包括电导通件241、电容242及电压表243，电导通件241安装于限位机构22上，电容242的一端与电导通件241电连接，电容242的另一端通常接地，电压表243并联连接于电容242的两端。

利用该压制工装对换能器进行组装时，在组装预装配换能器组件时，还包括步骤：设置第一导电件16将各正极电极片1321相连，设置第二导电件17将各负极电极片1322相连；且当限位机构22与后盖板14相抵时，电导通件241与第一导电件16接触，从而实现电导通件241与第一导电件16之间的电连接。压制工装对螺母15进行拧紧的过程中，压电陶瓷131产生的电压依次通过第一导电件16、电导通件241传递给电容242，因此在电容242的两端产生电压差，通过检测电容242两端的电压值能够准确计算出压电陶瓷131所受的压力值，以此来判断压电振子13是否达到压制要求；相对于人工拧紧螺母来说，能够更精准地控制每个换能器的有效压力。

示例性地，如图1所示，上述第一导电件16及第二导电件17均为弯折状，第一导电件16和第二导电件17的具体形状均为“[”，能够实现将两个正极电极片1321或两个负极电极片1322电导通，结构简单，制作工艺简便，能够就地取材(例如采用废弃的电极片剪裁成长条形，然后弯折后形成)，而且能够有效与两个正极电极片1321或两个负极电极片1322导通。当然，在其他的实施方式，第一导电件16和第二导电件17还可以为其他形状，只要能够电导通的目的即可。

示例性地，上述电导通件241安装于限位机构22上与夹持机构21相向的侧面上；如图2所示，电导通件241安装在限位机构22的下表面，与第一导电件16相对设置。

示例性地，上述扭矩加载机构23包括旋转机构231及安装于旋转机构231的动力输出端的套筒232，套筒232上开设有与螺母15的外轮廓相适配的卡槽(附图中未具体示出)；旋转机构231带动其动力输出端旋转，从而带动套筒232转动，进而带动螺母15旋转以拧紧螺母15。

更具体地，本实施例中，相对于不同的换能器预设有不同的标准压力值，具体通过以下步骤判断压电振子13是否达到压制要求：

将反馈的电压值与预设的标准电压值进行比较；

若相等，则表明压制合格；

若反馈的电压值大于预设的标准电压值，则表明需要继续压制；

若反馈的电压值小于预设的标准电压值，则表明压制过度。

更具体地，本实施例中的换能器的压制工装中，夹持机构21能够相对于限位机构22发生水平方向的移动以及竖直方向的移动；具体如图2所示，在压制工装中未装夹预装配换能器组件时，在水平方向上及在竖直方向上夹持机构均远离限位机构22的卡合口221，此时能够将预装配换能器组件的前盖板11装夹于夹持机构21中，然后将夹持机构21沿水平方向移动至位于卡合口221的正下方位置，再将夹持机构21沿竖直方向向上移动，直至限位机构22的下侧面与后盖板14的后端面相抵，此时螺母15从下往上穿过卡合口221。

另外，需要说明的是，本实施例中的换能器的压制工装及组装方法适用于超声波焊接装置中的换能器，且该超声波焊接装置适用于口罩生产过程中耳带的焊接。

综上所述，本发明实施例中的换能器的压制工装及组装方法，在压制换能器的过程中，对后盖板提前施加轴向预压力，能够在压制过程中防止换能器乱动，避免各部件之间发生相对位移，例如螺母与后盖板之间、压电陶瓷与电极片之间等；另外，顶紧后盖板后，在旋转螺母时操作更加容易、稳定。

本说明书参考附图来公开本申请，并且还使本领域中的技术人员能够实施本申请，包括制造和使用任何装置或系统、采用合适的材料以及使用任何结合的方法。本申请的范围由请求保护的技术方案限定，并且包括本领域中的技术人员想到的其他实例。只要此类其他实例包括并非不同于请求保护的技术方案字面语言的结构元件，或此类其他实例包含与请求保护的技术方案的字面语言没有实质性区别的等价结构元件，则此类其他实例应当被认为处于本申请请求保护的技术方案所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种换能器的组装方法，其特征在于，

利用换能器的压制工装进行组装，其中，所述换能器的压制工装包括：夹持机构；限位机构，其与所述夹持机构相对设置，所述限位机构上开设有贯穿其两侧的卡合口，且所述夹持机构能够相对于所述限位机构发生水平方向的移动以及竖直方向的移动；扭矩加载机构，其设于限位机构背离于所述夹持机构的一侧，所述扭矩加载机构能够提供扭转力；以及检测机构，所述检测机构包括：电导通件，其安装于所述限位机构上；电容，其一端与所述电导通件电连接；及电压表，其并联连接于所述电容的两端；

将螺杆的一端安装于前盖板上，将压电振子套设于螺杆的外部位于所述前盖板的后端位置，将后盖板套设于螺杆的外部位于所述压电振子的后端位置，将螺母套设于螺杆的外部位于所述后盖板的后端，组装成预装配换能器组件；

设置第一导电件将所述压电振子的各正极电极片相连，设置第二导电件将所述压电振子的各负极电极片相连，当所述限位机构与所述后盖板相抵时，所述电导通件与所述第一导电件电连接；

将夹持机构移动至在水平方向及在竖直方向上均远离限位机构的卡合口后，将所述预装配换能器组件的前盖板装夹于所述夹持机构中；

将夹持机构沿水平方向移动至位于卡合口的正下方位置，再将夹持机构沿竖直方向向上移动，直至限位机构与所述后盖板相抵，以给所述后盖板施加轴向预压力，螺母穿设于所述卡合口；

扭矩加载机构给所述螺母施加扭矩，以拧紧所述螺母，通过检测机构反馈的电压值判断所述压电振子是否达到压制要求。

2.根据权利要求1所述的换能器的组装方法，其特征在于，所述预压力的值为2T-6.5T。

3.根据权利要求1所述的换能器的组装方法，其特征在于，所述通过检测机构反馈的电压值判断所述压电振子是否达到压制要求包括：

将反馈的电压值与预设的标准电压值进行比较；

若相等，则表明压制合格；

若反馈的电压值大于预设的标准电压值，则表明需要继续压制；

若反馈的电压值小于预设的标准电压值，则表明压制过度。

4.根据权利要求3所述的换能器的组装方法，其特征在于，所述第一导电件及所述第二导电件均为弯折状。

5.根据权利要求4所述的换能器的组装方法，其特征在于，所述第一导电件及所述第二导电件均呈“[”状。

6.根据权利要求1所述的换能器的组装方法，其特征在于，所述扭矩加载机构包括：

旋转机构，所述旋转机构能够带动其动力输出端转动；及

套筒，其安装于所述旋转机构的动力输出端，所述套筒与所述卡合口相对的一面开设有用于与螺母的外轮廓相适配的卡槽。

Images