CN113411966A - 一种基于金属丝的超声熔接系统及熔接方法 - Google Patents

一种基于金属丝的超声熔接系统及熔接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于金属丝的超声熔接系统，涉及熔接领域，包括机械臂，位于熔接平台上方，所述机械臂在电机的控制下在熔接平台上方沿预设路径运动；超声换能器，固定在所述机械臂上，所述超声换能器的变幅杆靠近放置在所述熔接平台上的基体；熔接头，可拆卸的固定在所述变幅杆靠近所述基体的一端，所述熔接头内设置有供金属丝穿过的贯孔；穿过所述贯孔的金属丝在所述熔接头的超声振动和高温下实现与所述基体的熔接，且在所述机械臂运动下在所述基体上形成金属导电线路；通过利用机械臂与超声换能器运动的配合，使得金属丝能够均匀的熔接在基体上形成金属导电线路；对于熔接的效率和质量均具有极大地促进作用。

Description

一种基于金属丝的超声熔接系统及熔接方法
技术领域
本发明涉及熔接领域，具体为一种基于金属丝的超声熔接系统及使用该溶解系统的熔接方法。
背景技术
在交通工具(如汽车、火车、飞机和轮船等)的基体(这里的基体为玻璃夹层或其他柔性材料)中一般会设置有金属加热丝，金属加热丝的制成一般采用无铅银浆丝印进行高温烧结成金属导电膜；但是采用丝印的方式不仅操作繁琐，高温的工作环境还容易对人员造成伤害；基于此提出了采用超声熔接的方案，即利用超声能量对金属加热丝进行熔接形成金属导电线路，以代替传统的丝印、高温烧结的方式。
因此，具体如何设计超声熔接方案成为目前设计师急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于金属丝的超声熔接系统，通过熔接系统中各个部件的相互配合，实现在基体中形成金属导电线路。
本发明提出的具体方案如下：
一种基于金属丝的超声熔接系统，包括
机械臂，位于熔接平台上方，所述机械臂在电机的控制下在熔接平台上方沿预设路径运动；
超声换能器，固定在所述机械臂上，所述超声换能器的变幅杆靠近放置在所述熔接平台上的基体；
熔接头，可拆卸的固定在所述变幅杆靠近所述基体的一端，所述熔接头内设置有供金属丝穿过的贯孔；
穿过所述贯孔的金属丝在所述熔接头的超声振动和高温下实现与所述基体的熔接，且在所述机械臂运动下在所述基体上形成金属导电线路。
进一步的，所述超声熔接系统还包括气动执行机构，所述气动执行机构包括气动控制杆，所述超声换能器与所述气动控制杆固定连接；所述气动执行机构在空气压力控制器的作用下使得所述气动控制杆作伸出或者回收运动，从而实现所述超声换能器的下降或者上升。
进一步的，所述气动执行机构上还设有用于检测其压力状态的压力传感器，所述压力传感器通过压力检测转换器与空气压力控制器进行反馈连接。
进一步的，所述超声熔接系统还包括图形控制器，所述图形控制器与所述电机、空气压力控制器电连接；所述电机、空气压力控制器通过所述图形控制器产生的图形信号进行动作。
进一步的，所述超声换能器还包括换能器振子，所述变幅杆与所述换能器振子固定；所述换能器振子中设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上缠绕有电极线，所述电极线外接能产生高频脉冲信号的超声波驱动器。
进一步的，所述压电陶瓷片上套设有封套，所述封套完全覆盖所述压电陶瓷片。
进一步的，所述封套由环氧树脂灌封制成。
进一步的，所述超声熔接系统还包括电源伺服，所述电源伺服用于为整个系统提供稳定电力支持。
采用本技术方案所达到的有益效果为：
制程工艺简单，不需要丝印(繁琐的过程)及高温烧结，通过利用机械臂与超声换能器运动的配合，使得金属丝能够均匀的熔接在基体上形成金属导电线路；对于熔接的效率和质量均具有极大地促进作用。
同时，针对以上熔接系统，本方案还提出了具体的熔接方法，其具体步骤包括：
A：准备工序
(1)在图形控制器中输入需要在基体上熔接的导电线路图案；
(2)将金属丝引入熔接头的贯孔内；
B:启动工序
开启电源伺服；
(1)气动执行机构控制气动控制杆伸出，使得熔接头的下端面轻柔的抵接在基体上；
(2)超声驱动器产生高频脉冲信号驱动换能器振子带动前端的熔接头做超声振动将穿过熔接头的金属丝熔接在基体上；
(3)电机根据图形控制器输出的图形信号控制机械臂按照图形方向进行移动；
C：自动调整工序
熔接头运动到基体不平整处或熔接图形转角处，其压力的变化被压力传感器检测，压力传感器将压力的变化转换成电信号反馈到空气压力控制器处，使得空气压力控制器改变施加在换能器振子尾部的压力大小来保障熔接图形效果的均匀性。
附图说明
图1为本熔接系统的部件布置原理图。
图2为在基体上的成型的金属导电线路效果图。
其中：11机械臂、12电机、20超声换能器、21变幅杆、22换能器振子、23压电陶瓷片、24封套、25超声波驱动器、30熔接头、40气动执行机构、41气动控制杆、42空气压力控制器、43压力传感器、44压力检测转换器、50图形控制器、60电源伺服、100熔接平台、200基体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供了一种基于金属丝的超声熔接系统，利用该熔接系统实现将金属丝熔接在基体(这里的基体为玻璃夹层或其他柔性材料)上，从而形成金属导电线路以代替传统繁琐的丝印操作。
具体的，参见图1，熔接系统包括机械臂11、超声换能器20和熔接头30，其中该机械臂11位于熔接平台100上方，机械臂11在电机12的控制下在熔接平台100上方沿预设路径运动；超声换能器20固定在机械臂11上，超声换能器20上设置有变幅杆21，且变幅杆21靠近放置在熔接平台100上的基体200；熔接头30可拆卸的固定在变幅杆21靠近基体200的一端，同时在熔接头30内设置有供金属丝穿过的贯孔。
在具体使用过程中，金属丝将穿过熔接头30上的贯孔，同时保证熔接头30的下端面与金属丝均能够与基体200贴合接触，然后超声换能器20上产生超声振动和高温传递至熔接头30上，在超声振动和高温作用下使得金属丝融化实现与基体的熔接；需要注意的是，在熔接过程中，电机12需要控制机械臂11运动，以带动熔接头30的运动，从而在基体200上形成金属导电线路(图2中所示图形为金属导电线路图形)。
通过以上设置，使得金属导电线路制程工艺编的简单，不再需要繁琐的丝印及高温烧结，通过利用机械臂11与超声换能器20运动的配合，使得金属丝能够均匀的熔接在基体200上形成金属导电线路；对于熔接的效率和质量均具有极大地促进作用。
本实施例中，参见图1，为了提高金属导电线路成型过程的稳定性与均匀性，超声熔接系统还包括气动执行机构40，气动执行机构40包括气动控制杆41，上文描述的超声换能器20与气动控制杆41固定连接；气动执行机构40在空气压力控制器42的作用下使得气动控制杆41作伸出或者回收运动，从而实现超声换能器20的下降或者上升。
这里设置气动执行机构40主要用于保证熔接头30在工作状态时能够稳定的与基体200进行抵接接触，从而保证成型的金属导电线路的均匀性。
具体使用时，空气压力控制器42控制气动执行机构40使得气动控制杆41进行动作，在处于工作状态时气动控制杆41完全伸出，在处于待机状态时气动控制杆41完全收回。
本实施例中，考虑到基体200的不平整性或者熔接头30运动路径的差异，在气动执行机构40上还设有用于检测其压力状态的压力传感器43，压力传感器43通过压力检测转换器44与空气压力控制器42进行反馈连接。
在具体的实施例中，基体200的不平整性具体为熔接平台100不平整或者玻璃材料厚薄的差异；而熔接头30运动路径具体为熔接图形的转角处；在熔接头30运动到以上两种位置处时，会使得熔接头30与基体200之间的压力产生变化，此时压力传感器43感知压力大小的变化，并通过压力检测转换器44转换成电信号反馈到空气压力控制器42，此时空气压力控制器42将调整加在超声换能器20的压力大小，来保障熔接头30对基体200压力的一致性，以促进熔接效果的均匀一致。
本实施例中，熔接头30在基体200上形成的金属导电线路是通过图形控制器50预先绘制的，即超声熔接系统还包括图形控制器50，图形控制器50与电机12、空气压力控制器42电连接；电机12、空气压力控制器42通过图形控制器50产生的图形信号进行动作。
可以理解为，在进行熔接操作之前，操作者预先将需要成型图形输入到图形控制器50内；这样在实际操作时，图形控制器50将其中的图形信号传输到电机12，使得电机12能够控制机械臂11按照图形方向进行运动；同时图形控制器50将其中的图形信号传输到空气压力控制器42上，在熔接头30运动到图形转角处时，空气压力控制器42控制气动执行机构40使得气动控制杆41做出适当的动作以改变熔接头30与基体200之间的压力。
通过采用图形控制器50、空气压力控制器42和电机12彼此之间的信号互通和动作配合，使得整个系统能够自动做出较优的动作，减少人为操作造成的影响，有利于保证金属导电线路的稳定性和均匀性。
本实施例中，还提供了电源伺服60，电源伺服60用于为整个系统提供稳定电力支持.
本实施例还对超声换能器20的结构做出了进一步的细化，即超声换能器20还包括换能器振子22，变幅杆21与换能器振子22固定；换能器振子22中设有压电陶瓷片23，压电陶瓷片23间电极上焊有电极线，电极线外接能产生高频脉冲信号的超声波驱动器25。
具体的，超声波驱动器25产生20KHz～80KHz左右的高频脉冲信号驱动换能器振子22带动前端的熔接头30做超声振动，气动执行机构40对换能器振子22及熔接头30施加适当压力将金属丝熔接在基体200上。
可选的，压电陶瓷片23上套设有封套24，封套24完全覆盖压电陶瓷片23，这样使得电极线与压电陶瓷片23的连接处被包裹在封套24内，以保证超声换能器20使用的安全性。
可选的，封套24由环氧树脂灌封制成，相比于硬塑料注塑密封，环氧树脂灌封的密封性更好；利用环氧树脂较硅胶硬的特性进行固定从而减少对整个超声换能器20振动性能的影响。
下面对利用以上描述的熔接系统地进行熔接的方法作进一步的介绍：
其具体步骤包括：A：准备工序
(a)在图形控制器中输入需要在基体上熔接的导电线路图案；
(b)将金属丝引入熔接头的贯孔内；
B:启动工序
开启电源伺服；
(c)气动执行机构控制气动控制杆伸出，使得熔接头的下端面轻柔的抵接在基体上；需要注意的是，此时穿设熔接头的金属丝也需要与基体进行接触。
(d)超声驱动器产生高频脉冲信号驱动换能器振子带动前端的熔接头做超声振动将穿过熔接头的金属丝熔接在基体上；
(e)电机根据图形控制器输出的图形信号控制机械臂按照图形方向进行移动；
C：自动调整工序
(f)在熔接头的动作过程中，熔接头运动到基体不平整处或熔接图形转角处，其压力的变化被压力传感器检测，压力传感器通过压力检测转换器将压力的变化转换成电信号反馈到空气压力控制器处，使得空气压力控制器改变施加在换能器振子尾部的压力大小，从而改变熔接头对基体的压力大小来保障熔接图形效果的均匀性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，包括
机械臂(11)，位于熔接平台(100)上方，所述机械臂(11)在电机(12)的控制下在熔接平台(100)上方沿预设路径运动；
超声换能器(20)，固定在所述机械臂(11)上，所述超声换能器(20)的变幅杆(21)靠近放置在所述熔接平台(100)上的基体(200)；
熔接头(30)，可拆卸的固定在所述变幅杆(21)靠近所述基体(200)的一端，所述熔接头(30)内设置有供金属丝穿过的贯孔；
穿过所述贯孔的金属丝在所述熔接头(30)的超声振动和高温下实现与所述基体(200)的熔接，且在所述机械臂(11)运动下在所述基体(200)上形成金属导电线路。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述超声熔接系统还包括气动执行机构(40)，所述气动执行机构(40)包括气动控制杆(41)，所述超声换能器(20)与所述气动控制杆(41)固定连接；所述气动执行机构(40)在空气压力控制器(42)的作用下使得所述气动控制杆(41)作伸出或者回收运动，从而实现所述超声换能器(20)的下降或者上升。
3.根据权利要求2所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述气动执行机构(40)上还设有用于检测其压力状态的压力传感器(43)，所述压力传感器(43)通过压力检测转换器(44)与空气压力控制器(42)进行反馈连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述超声熔接系统还包括图形控制器(50)，所述图形控制器(50)与所述电机(12)、空气压力控制器(42)电连接；所述电机(12)、空气压力控制器(42)通过所述图形控制器(50)产生的图形信号进行动作。
5.根据权利要求4所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述超声换能器(20)还包括换能器振子(22)，所述变幅杆(21)与所述换能器振子(22)固定；所述换能器振子(22)中设有压电陶瓷片(23)，所述压电陶瓷片(23)上缠绕有电极线，所述电极线外接能产生高频脉冲信号的超声波驱动器(25)。
6.根据权利要求5所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述压电陶瓷片(23)上套设有封套(24)，所述封套(24)完全覆盖所述压电陶瓷片(23)。
7.根据权利要求6所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述封套(24)由环氧树脂灌封制成。
8.根据权利要求5所述的一种基于金属丝的超声熔接系统，其特征在于，所述超声熔接系统还包括电源伺服(60)，所述电源伺服(60)用于为整个系统提供稳定电力支持。
9.一种超声熔接系统的熔接方法，其特征在于，所述超声熔接系统为权利要求8所述的超声熔接系统，其熔接方法具体包括以下步骤：
A：准备工序
(a)在图形控制器(50)中输入需要在基体(200)上熔接的导电线路图案；
(b)将金属丝引入熔接头(30)的贯孔内；
B:启动工序
开启电源伺服(60)；
(c)气动执行机构(40)控制气动控制杆(41)伸出，使得熔接头(30)的下端面轻柔的抵接在基体(200)上；
(d)超声驱动器产生高频脉冲信号驱动换能器振子(22)带动前端的熔接头(30)做超声振动将穿过熔接头(30)的金属丝熔接在基体(200)上；
(e)电机(12)根据图形控制器(50)输出的图形信号控制机械臂(11)按照图形方向进行移动；
C：自动调整工序
(f)熔接头(30)运动到基体(200)不平整处或熔接图形转角处，其压力的变化被压力传感器(43)检测，压力传感器(43)将压力的变化转换成电信号反馈到空气压力控制器(42)处，使得空气压力控制器(42)改变施加在换能器振子(22)尾部的压力大小来保障熔接图形效果的均匀性。
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