CN111715992A - 线束切割方法、装置及超声波焊接机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线束切割方法、装置及超声波焊接机，其中，该线束切割方法包括：超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；超声波焊接机在第一安全时长内对待切割的线束进行切割。通过本发明，解决了相关切断技术中使用较小推力气缸线束不能切断、完全切断的问题，增加气缸推力后引起的，切断刀的经常性刀口崩裂、刀口卷边等切断刀寿命降低的问题；进而达到了使用较小气缸推力完成对不同截面线束的完全切断，同时还大大的提高了切断刀的使用寿命，获得良好的贯通切断技术效果。

Description

线束切割方法、装置及超声波焊接机

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体而言，涉及一种线束切割方法、装置及超声波金属焊接机。

背景技术

超声波金属焊接是一种新兴的特种加工技术，它在很多方面都优于传统焊接技术，并在各领域内都有着广泛的应用。超声波焊接通过超声波电源发出一个高频电能，高频电能通过换能器再次被转换成等同频率的机械运动，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，利用气缸带动超声波振子，使焊头压在焊接材料的表面发出高频振动，局部的超声振动将焊件融合在一起。超声波金属焊接的应用领域囊括了电子工业、制造业、食品工业以及核能工业等，不但在技术方面领先于传统焊接技术，而且具有节能环保以及操作方便等特点。

超声波金属焊接是一种固相焊接技术。在焊接过程中，焊接工具头向待焊金属施加压力和高频率超声振动，使金属界面产生剧烈摩擦和塑性变形进而促使界面形成良好连接。例如，目前超声波金属焊接技术已成为锂电池制造过程中主要的焊接方法，当不合格的焊接线束被检测到，焊接机将进入切断模式，超声波金属焊接线束切断的能力与以下几个因素有关：线束的材料和截面、气缸输出力、切刀。针对不同的焊接截面，切断时分别存在小截面夹线，大截面无法切断，切刀刀口崩裂或者刀口卷边等问题，以上原因制约着当前线束切断的性能。

线束金属焊接设备焊接时如图1所示，聚线块、压线块和焊头将线束压成指定的形状后在保持设定的压力下，超声发生器发出超声，并传递到焊接尖端，从而完成焊接操作；当设备检测到焊接不合格时，设备可以设定为自动切断线束，或操作人员检查发现不合格时，采用高级设置中的手动操作来执行切断线束。当超声波焊接机接收到切断指令时，如图2所示气缸控制元件101 动作，气缸102推动切刀103完成对线束104的切割。选择推力较小的气缸时，切刀只能切断20mm²的铜线束；当增大气缸的推力时切刀可以切断40mm²的铜线束，但是，增大气缸的推力，切刀很容易发生刀口崩裂和刀口卷边现象；难于达到超声波焊接机的最大切线要求。

针对相关技术中的超声波焊接机不能满足最大切线要求的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明的提供了一种线束切割方法、装置及超声波焊接机。

一方面，提供了一种线束切割方法，包括：超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；所述超声波焊接机在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割。

优选地，在超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波之前，还包括：

所述超声波焊接机根据所述待切割的线束的参数，确定所述第一预设振幅和所述第一安全时长。

优选地，上述方法还包括：所述超声波焊接机判断所述待切割的线束在所述第一安全时长内是否完成贯通切割；如果判断结果为否，所述超声波焊接机重新确定所述超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；在所述第二安全时长内，所述超声波焊接机对所述待切割的线束进行切割，其中，所述带切割的线束上加载有所述第二预设振幅的超声波。

优选地，所述超声波判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值，进行故障报警。

优选地，所述超声波在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割包括：

所述超声波焊接机监测切刀的位置；

所述超声波焊接机在监测到所述待切割线束完成贯穿切割时，停止向所述待切割线束发送所述超声波。

另一方面，还提供了一种线束切割装置，位于超声波焊接机，包括：

发送模块，用于在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；第一切割模块，用于在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割。

优选地，上述装置还包括：第一确定模块，用于根据所述待切割的线束的参数，确定所述第一预设振幅和所述第一安全时长。

优选地，上述装置还包括：第一判断模块，用于判断所述待切割的线束在所述第一安全时长内是否完成贯通切割；第二确定模块，用于在所述第一判断模块判断结果为否时，重新确定所述超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；第二切割模块，用于在所述第二安全时长内，对所述待切割的线束进行切割，其中，所述带切割的线束上加载有所述第二预设振幅的超声波。

优选地，上述装置还包括：第二判断模块，用于判断所述对同一待切割线束切割次数大于预设值时；报警模块，用于在所述第二判断模块判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值时，进行故障报警。

优选地，所述第一切割模块包括：

监测模块，用于监测切刀的位置；

处理模块，用于所述检测模块在监测到所述待切割线束完成贯穿切割时，停止向所述待切割线束发送所述超声波。

再一方面，还提供了一种超声波焊接机，包括：根据权上述的线束切割装置。

通过本发明提供的技术方案，超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；所述超声波焊接机在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割。这样的技术方案，超声波作用于被切构件，并通过超声振幅和时间的控制解决了相关切断技术中对不同截面的线束的贯通切断难题，通过该控制可自适应超声振幅和超声时长来实现对所有线束截面的贯通切断；同时尽大可能减少对超声部件的寿命的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的切割构件的示意图；

图2是根据相关技术的超声波焊接机的示意图；

图3是根据本发明实施例的线束切割方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的线束切割装置的结构框图；

图5是根据本发明实施例的线束切割装置的优选的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

本优选实施例提供了一种线束切割方法的流程图，图3是根据本发明实施例的线束切割方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波。

步骤S304，超声波焊接机在第一安全时长内对待切割的线束进行切割。

通过上述优选实施例，在线束切割过程中，向待切割线束发送第一预设振幅的超声波，在第一安全时长内对待切割线束进行切割。超声波作用于被切构件，并通过超声振幅和时间的控制解决了相关切断技术中对不同截面的线束的贯通切断难题，通过该控制可自适应超声振幅和超声时长来实现对所有线束截面的贯通切断；同时尽大可能减少对超声部件的寿命的影响。

优选地，在步骤S302之前，还包括：

超声波焊接机根据待切割的线束的参数，确定第一预设振幅和第一安全时长。通过该优选实施方式，根据待切割的线束的参数，例如厚度或者横截面的面积，确定加载的超声波的振幅参数，以及切割所需要的第一安全时长，这样，控制超声波加载的时长，可以降低对切刀的损坏，延长切刀的寿命。

作为另一个较优的实施方式，超声波焊接机判断待切割的线束在第一安全时长内是否完成贯通切割；如果判断结果为否，超声波焊接机重新确定超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；在第二安全时长内，超声波焊接机对待切割的线束进行切割，其中，带切割的线束上加载有第二预设振幅的超声波。通过该优选实施方式，可以在第一次切割没有完成贯穿切割的时，根据新的参数(第二预设振幅和第二安全时长)对线束进行二次切割，提高切割的效率，再一定程度上实现了对切刀的保护。需要说明的是，在实施时，第二预设振幅可能和第一预设振幅的数值相同。

比较优的，超声波焊接机判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值，进行故障报警。例如，当超声波焊接机判断出对同一带切割线束切割次数大于2，进行报警。

在实施时，步骤S304可以包括：超声波焊接机监测切刀的位置；超声波焊接机在监测到待切割线束完成贯穿切割时，停止向待切割线束发送超声波。通过该优选实施方式，控制超声波加载的时长，可以对切刀进行保护。

在相关技术中，切断线材时利用切刀和金属焊接超声波共同做用来完成对线材的切割。当焊接的线束被探测出不符合规定的质量要求时，设备将自动发出切断线材的指令，气缸控制元件101接到指令后，气缸102推动切刀103 完成对线束104的切割，从而防止不合格的焊接产品流入下道工序中。

传统切割工艺中，受切构件除了承受切割外，往往同时伴随着挤压，弯曲和拉伸等作用。如下图所示。受切构件变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(m_n面)发生相对错动(图b)。当挤压力超过一定限度时，切刀构件和被切构件在挤压面附近产生明显的塑性变形，称为挤压破坏。并且在有些情况下，构件在切割破坏之前可能首先发生挤压破坏。

许用应力值通常可根据材料、联接方式和载荷情况等实际工作条件在有关设计规范中查得。工程实际中，许用切应力[τ]要比同样材料的许用拉应力 [σ]小，而许用挤压应力则比[σ]大。

对于塑性材料[τ]＝(0.6～0.8)[σ]

[σ_bs]＝(1.5～2.5)[σ]

对于脆性材料[τ]＝(0.8～1.0)[σ]

[σ_bs]＝(0.9～1.5)[σ]

传统切割机构设计中不仅要考虑气缸输出推力是否能满足受切材料的许用切应力和许用挤压应力还要考虑切刀的材料硬度来提高切刀寿命，从而增大了设计难度和成本，并且在随着被切构件厚度的增加，贯通切割的效果就更难达到。

通过上述实施例中的技术方案，超声波作用到被切构件使构件与切刀接触的表面分子间发生摩擦而使切缝处表面温度升高发生分子位置重组从而消除被切构件受挤压应力的影响，同时由于超声波高频振动可以使挤压应力点离散化在切缝周围使得在满足许用切应力的条件下，贯通切割效果得以保证，从而极大程度的降低了设计难度和成本。被切构件厚度的增加也不会影响到切割效果。

系统根据刀具设计参数和磨损情况对切割系统状态进行最优估计得到当前最优超声波振幅输出从而保证挤压应力点得到最优离散化分布，同时根据构件厚度最精确设定超声波时长和开始时间并实时监测实际切割厚度使在达到贯通切断的基础上又避免了空载超声，保证了发超声部件的寿命。

本优选实施例提供了一种超声波焊接机，用于对焊接线束进行焊接，当不合格的焊接线束被检测到，超声波焊接机从焊接模式切换到切断模式，这个时候整个切刀机构就会被激活。下面对切断模式进行详细描述，图4是根据本发明实施例的线束切割方法的优选的流程图，如图4所示，切断模式包括如下步骤：

步骤S401，焊接线束下方的焊头105开始以20KHz，以设定振幅输出高频振动。

步骤S402，切刀机构电磁阀导通，气缸推动切刀对不合格的焊接线束进行贯通切割。

步骤S403，切刀位置传感器实时监测切刀位置，以保证在切断线束的同时停止发超声波。

步骤S404，在安全超声时长下，如果没有达到贯通切割，退刀停止发超声波；如果已完成切断完成贯通切割，跳转到步骤S409。

步骤S405，将原有振幅的预设值增加预设值(例如10％)，按照实际焊接线束块重新估算安全超声时长。

步骤S406，判断切刀切割次数是否已经超过2次，如果超过跳转至步骤 S408。

步骤S407，跳转至步骤S401。

步骤S408，切刀故障报警，停止超声波发送并退回切刀，释放103，106，107 机构回到焊接模式。

步骤S409，停止超声波的发送并将切刀退回，释放103，106，107所有机构回到焊接模式。

步骤S410，进行下一个正常线束焊接。

作为一个较优的实施方式，整个切割动作可以在安全罩下进行的，这样可以保证超声波焊接机的安全性。超声波焊接机通过对切刀参数的评估对所发超声波的振幅做出最优估计，以全振幅的50％设定振幅输出超声波。比较优的，超声波焊接机还可以根据待焊线束块的参数(例如：厚度或者横截面的面积)估算出安全超声时长。

作为一个较优的实施方式，在每次启动超声波之前都会对超声波的振幅和安全时长进行估计设定，这样可以保证超声波是在可控的安全的范围内进行工作。具体地，在位置传感器，电磁阀或切刀运动机构发生故障时，超声波可以在可控的安全范围内进行工作，并报出故障信息方便操作员进行故障排查。

需要说明的是，通过上述方法，可以实现用一种压线块和切刀对所有焊接线束切断要求，从而避免了不同截面可能要更换压线块和切刀的问题。

通过上述实施例及其优选实施方式，不仅提高了设备的切断能力，同时还提高切刀的寿命，同时还降低了切刀的设计难度和成本。在使用同一种压线块 106和切刀103就可以完全满足全范围的线束超声焊接设备的焊接和切断要求，从而大大的节约了更换压线块106和切刀103的时间，缩短了切换线束焊接的设备调试时间，给客户节约了时间成本。

基于相同的构思原理，本发明还提供了一种线束切割装置，位于超声波焊接机，图4是根据本发明实施例的线束切割装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：发送模块52和第一切割模块54。

发送模块52，用于在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；第一切割模块54，连接至发送模块52，用于在第一安全时长内对待切割的线束进行切割。

图5是根据本发明实施例的线束切割装置的优选的结构框图，如图5所示，还包括：

第一确定模块61，用于根据待切割的线束的参数，确定第一预设振幅和第一安全时长。

优选地，上述装置还包括：第一判断模块62，用于判断待切割的线束在第一安全时长内是否完成贯通切割；第二确定模块63，用于在第一判断模块62判断结果为否时，重新确定超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；第二切割模块64，用于在第二安全时长内，对待切割的线束进行切割，其中，带切割的线束上加载有第二预设振幅的超声波。

优选地，上述装置还包括：第二判断模块65，用于判断对同一待切割线束切割次数大于预设值时；报警模块66，用于在第二判断模块判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值时，进行故障报警。

优选地，第一切割模块54包括：监测模块542，用于监测切刀的位置；处理模块544，连接至监测模块542，用于检测模块在监测到待切割线束完成贯穿切割时，停止向待切割线束发送超声波。

本优选实施例还提供了一种超声波焊接机，包括上述实施例及优选实施例的线束切割装置，用于实施上述实施例中的线束切割方法，其结构如上线束七个装置中所述，在此不再赘述。

通过上述实施例，提供了一种线束切割方法、装置及超声波焊接机。通过该技术方案，达到了如下技术效果：解决了相关切断技术中使用较小推力气缸线束不能切断、完全切断的问题，增加气缸推力后引起的，切断刀的经常性刀口崩裂、刀口卷边等切断刀寿命降低的问题；进而达到了使用较小气缸推力完成对不同截面线束的完全切断，同时还大大的提高了切断刀的使用寿命，获得良好的贯通切断技术效果。

需要说明的是，这些技术效果并不是上述所有的实施方式所具有的，有些技术效果是某些优选实施方式才能取得的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种线束切割方法，其特征在于，包括：

超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；

所述超声波焊接机在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在超声波焊接机在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波之前，还包括：

所述超声波焊接机根据所述待切割的线束的参数，确定所述第一预设振幅和所述第一安全时长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述超声波焊接机判断所述待切割的线束在所述第一安全时长内是否完成贯通切割；

如果判断结果为否，所述超声波焊接机重新确定所述超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；

在所述第二安全时长内，所述超声波焊接机对所述待切割的线束进行切割，其中，所述带切割的线束上加载有所述第二预设振幅的超声波。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超声波判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值，进行故障报警。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述超声波在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割包括：

所述超声波焊接机监测切刀的位置；

所述超声波焊接机在监测到所述待切割线束完成贯穿切割时，停止向所述待切割线束发送所述超声波。

6.一种线束切割装置，位于超声波焊接机，其特征在于，包括：

发送模块，用于在线束切割过程中，向待切割的线束发送第一预设振幅的超声波；

第一切割模块，用于在第一安全时长内对所述待切割的线束进行切割。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第一确定模块，用于根据所述待切割的线束的参数，确定所述第一预设振幅和所述第一安全时长。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第一判断模块，用于判断所述待切割的线束在所述第一安全时长内是否完成贯通切割；

第二确定模块，用于在所述第一判断模块判断结果为否时，重新确定所述超声波的第二预设振幅，根据剩余待切割的线束确定第二安全时长；

第二切割模块，用于在所述第二安全时长内，对所述待切割的线束进行切割，其中，所述带切割的线束上加载有所述第二预设振幅的超声波。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

第二判断模块，用于判断所述对同一待切割线束切割次数大于预设值时，

报警模块，用于在所述第二判断模块判断出对同一待切割线束切割次数大于预设值时，进行故障报警。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一切割模块包括：

监测模块，用于监测切刀的位置；

处理模块，用于所述检测模块在监测到所述待切割线束完成贯穿切割时，停止向所述待切割线束发送所述超声波。

11.一种超声波焊接机，其特征在于，包括：根据权利要求6至10中任一项所述的线束切割装置。

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