CN114599472A - 具有集成摄像头组件的超声波焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波焊接装置(1)，其包括超声焊极(3)、砧座(5)、接纳室(13)和摄像头组件(37)，其中接纳室中容纳待焊接的接合偶(15)并在相对两侧分别由超声焊极和砧座界定，摄像头组件集成于超声波焊接装置中并具有至少一个摄像头(39)。摄像头组件配置为记录接纳室至少部分区域(41)的图像以对影响接合偶焊缝的焊接工况进行光学监测。

Description

具有集成摄像头组件的超声波焊接装置

技术领域

本发明涉及一种超声波焊接装置。

背景技术

对于各种各样的技术应用，可能需要以机械固定和/或导电的方式将两个部件接合在一起。例如，出于各种目的，可能需要以机械方式和导电方式将电缆或其线股接合在一起。这例如可用于生产线束或电缆束，例如车辆内部的耗电器可以借助这些线束或电缆束相互电连接、电连接到能源和/或控制系统。

目前开发了所谓的超声波焊接，在两个导电部件之间产生物质到物质的结合，为它们提供高强度的良好导电性。待焊接的部件(又称为接合偶或焊接料)相互进入表面接触，并在低压高频机械振动下相对移动，是一种特殊形式的摩擦焊接。可以借助于超声波变幅杆产生振动，其中超声波振动在通常20kHz至50kHz的频率下产生并传递到接合偶中的至少一个。塑料流动则允许接合偶在靠近表面的地方彼此渗透或互锁，而不必熔化接合偶的材料。因此，超声波焊接可用于以低冲击、快速、经济的方式将接合偶结合在一起。

超声波焊接尤其也可用于焊接金属接合偶，例如待接合的两个或更多个电缆的线股，或例如待焊合的电缆线股的两个或更多个单独的电线。为此，接合偶一般插入到超声波焊接装置的接纳室中。接纳室是超声波焊接装置内的一定容积，它是由诸如超声焊极、砧座、侧向滑动件、触摸元件等各种部件从两侧甚至四侧呈框架状包围而成，使得容纳于其中的接合偶可在焊接过程中定位于其中而尽量不会从侧面脱离接纳室。容纳于接纳室中的接合偶随后在超声振动的超声焊极与砧座之间彼此焊合。

在超声焊接中，各种工况(下文又称焊接工况)可能影响通过超声波焊接过程产生的接合偶焊缝。例如，在超声波焊接过程中，接合偶彼此间的相对定位以及接合偶在接纳室内的定位会显著影响所产生焊缝的质量。

特别地，作为接合偶的待焊接线股的末端应尽可能准确地在超声波焊接装置的接纳室中上下定位，以便它们大致彼此对齐地容纳在超声焊极与砧座之间并可以焊合。此外，将接合偶插入了接纳室内的不利位置甚至插入了错误接合偶的插入错误可能对产生的焊缝或由此产生的产品带来负面影响。另外，用于焊接的工具上的污染、尤其是超声焊极和/或砧座上的污染或者待焊接的接合偶上的污染可能对产生的焊缝带来负面影响。另外，超声波焊接装置的工具通常会受到磨损，因而必须不时替换。在此情况下，可能出现错误并可能将不合适的工具插入超声波焊接装置中，由此这二者之间产生的焊缝也可能存在缺陷。

传统上，超声波焊接装置的操作者往往必须确保超声波焊接装置和接合偶的焊接工况符合特定规范。例如，操作者必须谨慎地将待焊接的电缆及其线股正确定位在超声波焊接装置的接纳室中。为此，操作者必须定期接受培训，又须始终全神贯注地操作超声波焊接装置。特别是在大多数情况下，操作者例如在将接合偶插入到接纳室之后，需要在触发焊接过程之前例如通过目测检查其正确定位。在此类任务中，可以通过设置于超声波焊接装置中的固定止动件、诸如设置于超声焊极上的标记等定位辅助件等来辅助操作者。

另外，操作者的任务还可能包括在焊接过程后识别有缺陷的焊缝。焊接缺陷可能会表现为例如形成回路、导线突出、损坏、电缆位置偏移和/或其他违背规范的焊接结果。

发明内容

有鉴于此，需要一种用于焊接至少两个接合偶的超声波焊接装置，该装置易于操作、协助监测焊接工况和/或产生高质量的焊接节点，优选地在大量焊接操作中保持一贯质量。

为了达成上述目的，本发明提出了独立权利要求的主题。本发明的有利实施方案请参阅从属权利要求及下述内容。

根据本发明一方面，描述了一种超声波焊接装置，其包括超声焊极、砧座、接纳室以及集成于超声波焊接装置中的摄像头组件，接纳室中容纳待焊接的接合偶并且接纳室在相对两侧分别由超声焊极和砧座界定，摄像头组件具有至少一个摄像头。摄像头组件配置为记录接纳室至少部分区域的图像以对影响接合偶焊缝的焊接工况进行光学监测。

在不采取任何方式限制本发明范围的前提下，本发明实施方案的构思和可能特征可以视为基于下述考虑和认知。

在焊接过程之前和期间，待焊接的接合偶将容纳在超声波焊接装置的接纳室中。接纳室通常由至少两个侧面、往往甚至四个侧面界定，使得接合偶仅可容纳在有限的体积中。在两个相对的侧面上，即例如在顶侧和底侧，接纳室可以一方面由超声焊极表面界定而另一方面由砧座表面界定。超声焊极和/或砧座可移位，使得这两个部件可以彼此相对、彼此相向或彼此背离地移动，这样即可使接纳室例如在第一方向上(即垂直方向上)变小或变大。在横向于(优选地垂直于)上述两个侧面延伸的另外两个相对侧面上，即例如左侧和右侧，接纳室可以额外一方面由接触元件表面界定而另一方面由侧向滑动件表面界定。接触元件和/或侧向滑动件也可移位，使得这两个部件可以彼此相对、彼此相向或彼此背离地移动，这样即可使接纳室在垂直于上述第一方向延伸的第二方向上变小或变大。在此情况下，所述部件的表面可以像框架、特别是四边形框架一样围绕接纳室。在未由所述部件界定的第五侧或第六侧上，接合偶可以沿插入方向插入或推入以框架状方式包围的接纳室中。

表述“在一侧界定接纳室”可理解为任何上述部件的相应表面导致接合偶不能移出该表面所产生的边界。为此，相应表面可以在相应侧面上完全覆盖接纳室。但替代地，在相应侧面上仅部分覆盖接纳室也可能足矣，只要仍然确保接合偶保持在接纳室内即可。

在超声波焊接期间要尽量符合的焊接工况可尤其包括：在触发焊接过程之前，接合偶相对于彼此正确定位在接纳室中，并且相对于超声焊极和砧座处于有利位置。由于超声波焊接装置的接纳室相对较小且往往难以看到内部，符合焊接工况可能具有一定挑战性。

迄今为止，该目的在大多数情况下需要超声波焊接装置的操作者的技能和该操作者的视觉监测。取决于操作者的能力和/或操作者的注意力，可能会导致所生产的焊接产品的质量出现波动。

特别是，为了协助操作者监测焊接工况，本发明提出，超声波焊接装置补充地配备有摄像头组件。

该摄像头组件包括至少一个摄像头。该摄像头与摄像头组件的其他部件一起集成于超声波焊接装置中，即作为超声波焊接装置的一部分。

为此，摄像头组件可以例如固定安装在超声波焊接装置的其他部件上。此外，摄像头组件可以功能上与超声波焊接装置的其他部件交互。例如，摄像头可以由电源供电，该电源还为超声波焊接装置的其他部件供电。此外，摄像头可能将自身生成的数据转发到超声波焊接装置的其他部件，例如超声波焊接装置的控制系统。

摄像头组件应配置为记录接纳腔至少部分区域的图像。这些图像应具有诸如分辨率、焦深、灰度值或色度值等图像属性，允许基于图像对可能影响接合偶焊缝质量的焊接工况进行监测。例如，摄像头的图像分辨率可以设计为至少64*64像素，优选为至少256*256像素或者甚至在一百万或几百万像素的范围内。为此，摄像头可以包括平面图像传感器，例如CCD传感器或CMOS传感器。对于特定应用，可选地，摄像头配备有线性图像传感器或甚至仅配备有点状图像传感器，借此扫描要记录为图像的部分区域，这便已足矣。

摄像头组件应记录为图像的接纳室的部分区域可以例如与超声焊极相邻。在此情况下，对应于待记录的部分区域的摄像头组件的视场可以对应于与指向接纳室的超声焊极表面的总面积相邻的容积或其部分容积，在该部分区域内可以利用摄像头记录足够高清和/或分辨率足够高的图像。特别是，接纳室中待成像的部分区域包括这样的容积部份，即其中通常容纳有接合偶或者通常布置有例如关乎焊缝质量的接合偶之间的边界面。

在最简单的情况下，摄像头组件记录的图像可以显示在指示器或显示器上。在此情况下，图像可以显示为固定图像或多个时间上相继的图像，例如类似视频的图像序列。据此，超声波焊接装置的操作者不再需要艰难地查看接纳室内部，而是可以基于记录的图像视觉监测其中的工况。单个图像段可以可选地放大显示。

补充地或替代地，如下详述，这些图像也可以用于实现超声波焊接装置的其他功能，特别是用于监测其中的焊接工况。

根据一实施例，摄像头组件可以布置于接纳室外部，并可配置为从相对于界定接纳室的超声焊极表面的一侧记录接纳室部分区域的图像。

换而言之，优选地将摄像头组件构造为超声波焊接装置的整体组成部分，但不将其布置于由超声焊极和砧座界定的接纳室之内，而是布置于接纳室之外。据此，超声焊极和砧座可以相对于彼此移动，而不会受到摄像头组件的影响。

然而，为了能够查看到接纳室内并能够记录接纳室内部分区域的图像，例如在一定倾斜角度下从一侧记录这些图像。根据应用情况可以选择不同角度。该角度相对于指向接纳室的表面，可以例如在几乎垂直的陡倾角(例如介于70°至85°)经侧倾角(例如介于0°至70°)到下倾角(例如介于-30°至0°)之间。该角度还可以涉及超声焊极与砧座之间的连接方向，因而例如介于5°至120°，优选地介于10°至70°。特别是，基于这个连接方向，摄像头组件的摄像头可以倾斜地布置于接纳室旁，即沿接合偶可以推进到接纳室中的方向相对于接纳室侧向偏置，以便能够倾斜地查看接纳室的内部。据此，摄像头可以记录接纳室所需部分的图像，而不会被砧座或超声焊极遮挡。

根据一实施例，超声波焊接装置还可以包括光源，其配置为点亮接纳室的部分区域，由摄像头组件在该部分区域中记录图像。

通过这种光源，可以点亮接纳室中待成像的部分区域，该部分区域在大多数情况下位于超声波焊接装置内部远处并很大程度上被周围部件挡住了环境光。由于如此显著改善的照明条件，摄像头组件所记录的图像的质量也能显著提高。此外，取决于环境光的强度和类型，进入接纳室的环境光可能以完全不同的方式影响记录的图像，而这种影响可以大幅降低，以便于能够记录高质量的图像而不受环境光的影响。

光源可以包括一个或多个发光体，例如LED、白炽灯泡、冷光元件等形式，其中可能优选地采用LED，因为它们的整体尺寸小、发热低且耐久高。

根据具体实施例，光源可以包括多个分布式布置的发光体。

例如，光源可以包括两个、三个、四个、五个或更多个相互间隔布置的发光体。在此情况下有利的是，发光体可以沿直线或沿曲线先后布置，其中该线优选地平行于接合偶推入到接纳室内且长形接合偶的纵向通常延伸的插入方向。发光体可以优选地彼此等距地布置，但它们也可以彼此不等距地布置。此外，发光体无需布置在同一平面内，而可以例如沿曲线布置，特别是沿圆弧布置。在此情况下，每个发光体优选地布置为使其发射光的相当部份、优选地绝大部份进入接纳室，特别是落入到待成像的部分区域上。

全部辐射到接纳室中的光强并非由单个发光体产生，而是由多个分布式布置的发光体产生，因此尤其能够在接纳室中实现更均匀的照明，进而得到质量更佳的记录图像。

根据一实施例，光源可配置为主要利用漫射光点亮接纳室的部分区域。

换而言之，可以选择光源的发光体，和/或可以通过补光措施影响其发光，以使得发光体不会将光以定向方式、特别是聚焦方式引导向接纳室待点亮的部分区域。相反，到达该部分区域的光应尽可能漫射，即从不同方向点亮该部分区域。

这样尤其能够实现非常均匀地点亮该部分区域，以便于可以提高记录图像的质量。此外，漫射照明可以减少明显的局部反射，例如当光照射到界定接纳室的金属表面时可能发生的局部反射。

对接纳室的漫射照明例如可以通过发光体不直接点亮接纳室而是在发光体与接纳室之间插入光散射部件来实现。这种光散射部件可以由透明或半透明材料构成，使得其中不吸收或仅吸收少量光。然而，例如材料中包含的散射粒子和/或材料表面上设置的粗糙纹理可以导致穿过材料的光从其原始方向四散地散射。发光体可以集成于这种光散射部件中，或者可以基于接纳室而布置于这种光散射部件的相对侧上。

根据另一具体实施例，光源可配置为以不同颜色的光选择性点亮接纳室的部分区域。

为此，光源可以例如包括一个或多个发光体，该发光体可以选择性激活以发出不同颜色的光，即该发光体为颜色可调。例如可以采用可调LED作为发光体。替代地，光源中可以设置有多个发光体，其中每个发光体可以发出一种颜色的光，而发光体的光颜色各不相同，以使得可以通过选择性打开或关闭发光体而选择光源的颜色。例如，光源中可以设置有发光颜色不同的多个LED。

光颜色可选性的优势可在于，例如当使用不同的光颜色时，某些待观察的焊接工况在记录的图像中可以比其他焊接工况更易识别。例如，对待焊接线股的导线成像更佳的光(例如红光)可以具有与对超声波焊接装置内部其他部件的材料或结构有利成像的光不同的光谱。

根据一实施例，光源可配置为以光图案点亮接纳室的部分区域。

换而言之，光源可配置为不完全均匀地点亮待成像的部分区域，而是以光图案点亮该部分区域，其中照射相邻区域的光局部地在其光强和/或其光谱方面有所不同。换句话说，光图案可以具有相邻的明暗区域和/或相邻的异色区域。光图案区别点亮的区域可以非常邻近并且尺寸远小于待成像的部分区域，以便于采用数个这种光图案区域点亮该部分区域。特别是，光图案区域的数目可以远超光源中发光体的数目。光图案可以呈规则性，即由周期性重复的部分图案组成。光图案可以由数个呈直线平行延伸的区域组成，故可称为条纹图案。替代地，光图案还可以具有其他光图案区域排列，优选为规则排列。

例如可以通过利用附加光学部件引导来自光源的光而产生光图案，该附加光学部件根据光图案局部不同地吸收光和/或局部不同地聚焦光。例如，为此采用的光学部件可以布置于光源与待点亮的部分区域之间。在此情况下，光学部件可以具有明暗区域或异色区域的图案，与待产生的光图案互补。替代地，光学部件对应于待产生的光图案可以局部地具有不同层厚和/或不同折射率的不同区域，以使得透射的光以局部变化方式折射或聚焦，从而产生光图案。

通过以光图案点亮部分区域，特别是待成像的部分区域内的空间结构在记录的图像中可以更好地识别或更好地评估。例如，通过条纹图案点亮，可以更好地识别接纳室内容纳的接合偶的结构，尤其是当这些结构并非沿摄像头的视向横向并置，而是彼此上下斜置。换而言之，通过光图案点亮允许更好地识别接纳室被观察的部分区域内的高度轮廓。

根据一实施例，摄像头系统可以包括第二摄像头，该第二摄像头与摄像头系统的上述摄像头(下文又称第一摄像头)间隔布置。

摄像头系统中设置第二摄像头可以带来各种优势。例如，在最简单的情况下，至少能够实现图像记录中的冗余，以便例如一个摄像头故障时，可以继续利用另一个摄像头记录图像。然而为了实际应用，大多数情况下的重点在于，两个摄像头相互间隔布置还能实现通过不同的摄像头从不同方向观察接纳室的部分图像，由此可以更好地识别待监测的焊接工况。此外，不同视角的观察可以较简单的方式更好地识别待成像的部分区域内的空间结构。特别是，两个摄像头记录的图像可以例如从立体方面评估，从而能够与三维图像情况下相似地识别空间结构。

摄像头系统中采用的两个摄像头在其图像记录性能方面可以相同，以便更容易评价两个摄像头的图像，特别是更容易对比图像。替代地，还可以利用在图像记录性能方面有针对性不同的两个摄像头，以便例如可以采取不同方式光学监测不同类型的焊接工况。

根据一实施例，第一摄像头和第二摄像头可以沿接合偶插入到接纳室中的插入方向布置于接纳室的相对两侧上，并可配置为相对于界定接纳室的超声焊极表面成不同的倾斜角度记录接纳室部分区域的图像。

换而言之，当从插入方向观看时，其中一个摄像头可以倾斜地布置于接纳室前面，而另一个摄像头可以倾斜地布置于接纳室后面。据此，两个摄像头均可以从前方和后方以倾斜角度查看接纳室内部，并记录待观察部分区域的图像。在此情况下，摄像头可以布置在平行于插入方向延伸的同一平面内。但替代地，不同摄像头还可以布置在平行于插入方向的不同平面内。

两个摄像头的这种布置可能尤其有利的是，超声波焊接装置配备有所谓的可移位线股末端止动件。“线股末端止动件(Litzenendanschlag)”可以理解为可移位构件，其可以封闭接纳室一侧上可让接合偶正常插入接纳室的开口，以使得接合偶仅能从接纳室的另一侧插入接纳室，且接合偶抵接线股末端止动件的正面可以对齐。线股末端止动件即用于将接合偶沿其插入方向彼此相对地正确定位。有利地，线股末端止动件可以设置于接纳室的相对两侧上，以便于线股末端止动件可以选择性界定接纳室，从而用作从一侧或对侧插入到接纳室中接合偶的机械止动件。

然而，如果线股末端止动件在其侧面阻挡了通往接纳室的开口，摄像头无法再记录待观察的接纳室部分区域的图像。据此有利的是，可以提供基于接纳室布置于相对侧上的第二摄像头，从而可以从该相对侧查看接纳室内部而不会受到线股末端止动件的阻挡。

根据另一实施例，摄像头组件还包括图像评估装置，其配置为评估摄像头组件记录的图像以生成数据，借助该数据评价焊接工况。

换而言之，为了显示给超声波焊接装置的操作者，摄像头组件记录的图像优选地可以不仅仅是不变地显示在屏幕上，而是可以进一步评估图像以从中提取例如补充数据，操作者仅通过查看图像无法或难以识别该补充数据并基于该补充数据获得关于待观察焊接工况的附加信息。

为此，图像评估装置可以例如进行图像分析。在图像分析中，例如可以识别与焊接工况相关联的图像中某些典型结构。

例如，通过图像分析，可以识别接合偶是否已经正确定位在接纳室中，这是例如通过识别接合偶的边缘和/或超声波焊接装置部件的边缘以及分析它们彼此间的相对定位。

图像评估装置可以具备处理器并可选地具有数据存储器，以便于来自摄像头组件的图像数据可以读入、可缓存并随后供处理器进行处理。图像评估装置可以由软件控制。为了评估图像，图像评估装置可以例如识别图像中典型的结构、图案、有色区域等，例如通过与此前确定的基准进行对比而从中取得关于待观察焊接工况的信息。

通过评估图像获得的数据可以用来例如为操作者提供可协助他们监测焊接工况的附加信息。替代地或补充地，获得的数据还可以用在超声波焊接装置本身中，例如用于适当地影响待进行的焊接过程和/或主动地影响接合偶的定位。可选地，还可以将数据传输到外部装置，例如夹持系统、机械臂等，以使得它们能够适当地致动超声波焊接装置和/或例如适当地将接合偶插入到接纳室中。

根据具体实施例，图像评估装置可配置为空间上评估摄像头组件记录的图像，使得其产生的数据包含焊接工况与三维位置有关的信息。

换句话说，图像评估装置优选地可以如此分析记录图像，即不仅从中识别出二维结构并利用二维结构取得关于焊接工况的信息，而且还从记录图像中补充地提取出深度信息，以便于可以从三维确定关于焊接工况的信息。

为此，例如可以用不同摄像头从不同视角记录接纳室部分区域的图像，然后可以例如通过立体图像处理而从图像中取得空间信息。替代地或补充地，位于部分区域中的结构可以用光图案点亮，从而然后可以通过适当的图像分析从对应图案化的图像中取得空间信息。由此焊接工况与三维位置有关的信息可以包含有价值的附加信息，基于该附加信息，例如操作者可以识别是否实际实现了预期的焊接工况。

根据一实施例，摄像头组件可以由多个视需要可置换的部件呈模块化方式组成。

换而言之，摄像头组件可以不配置为充其量可以整体置换的独立单元。反而有利的是，摄像头组件可以由各种部件呈模块化方式组成。在此情况下，一些部件可以用于各种用途，而其他部件可以具体适用于一种用途，在摄像头组件要用于不同用途时置换为其他部件。

例如，摄像头组件的机械支架或外壳可用于不同用途。相比之下，光源、尤其是其发光体和/或用于生成漫射光的散射体可以出于特定用途来进行优化，例如出于在接纳室中创造特定照明条件。为了例如在接纳室中创造不同照明条件，上述部件可以用不同部件呈模块化方式进行置换。因而，摄像头组件的模块化构造允许其性能容易适用于不同用途。此外，可以很容易呈模块化方式置换例如经受严重磨损的部件。

根据一实施例，超声波焊接装置的部件可置换。在此情况下，每个部件均可具有分别表征该部件的光学可识别特征。摄像头组件可配置为通过评估摄像头组件记录的图像而识别光学可识别特征，并基于此提供关于相应部件的信息。

换而言之，超声波焊接装置本身也可以呈模块化构造，以便于可以单独置换部件，例如其超声焊极、其砧座、其触摸元件、其侧向滑动件和/或其他部件。这样，为了例如能够适当地焊接不同类型的接合偶，可以例如替换磨损部件，或者可以用性能稍有不同的部件替换具有特定性能的部件。

然而，由此则须保证适当部件始终安装在超声波焊接装置中。例如，更换部件时的错误可能导致超声波焊接装置与不合适部件的错误装配。

为了避免错误或可识别错误，可以分别标记部件。特别是，可以利用表征部件的光学可识别特征来标记部件。例如，这些表征特征可以是特定的光学可识别形式，例如相应部件的边缘或结构化表面。替代地，标记还可以设置为代码形式，例如部件表面上的条形码或二维码。

在此情况下，摄像头组件通过例如图像分析来识别其记录的图像中的这些特征。例如，摄像头组件可以再将识别的特征与先前存储在数据库中的特征进行对比。之后，摄像头组件可以确定关于这些特征表征的相应部件的信息，并将该信息提供给例如操作者。替代地，例如在可以基于摄像头组件识别的特征推断出超声波焊接装置中安装了错误部件的情况下，可以输出对应的警告消息或甚至可以停用该超声波焊接装置。

应当注意，本发明实施例的可能特征和优点在本文中部分地结合根据本发明配置的超声波焊接装置说明，部分地结合该超声波焊接装置的操作或使用方式说明。本领域技术人员将认识到，针对各个实施方案描述的特征可以采取类似的方式适当地转移到其他实施方案，可以进行调整和/或可以进行替换以达成本发明的更多实施方案和可能的协同效应。

附图说明

下面结合附图对本发明的有利实施例作进一步说明，附图和说明均不应解释为以任何方式限制本发明。

图1示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置的极简侧视图。

图2示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置的部分区域的透视图。

图3示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置的细节透视图，其中可以看出超声波焊接装置的摄像头组件。

图4示出了图3所示细节的俯视图；

图5示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置的摄像头组件中摄像头的视角范围；

图6示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置的摄像头组件的模块化构造。

附图仅为示意性而未按比例绘制。不同附图中相同的附图标记代表相同或等同的特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的超声波焊接装置1的极简视图。图2示出了具体实施例中超声波焊接装置1的接纳室13的透视图。

超声波焊接装置1包括超声焊极3、砧座5、接触元件7和侧向滑动件9。所述部件3、5、7、9以框架状方式围绕接纳室13，接纳室13中可以接纳接合偶15，如第一电缆的第一线股17和第二电缆的第二线股19。接纳室13底侧由超声焊极3的表面21界定，顶侧由砧座5的表面23界定，右侧由触摸元件7的表面25界定，左侧由侧向滑动件9的表面27界定。因此，由所述表面21、23、25、27呈框架状界定的接纳室13近似呈长方体。接纳室13前后开口，以便于例如两个线股17、19可以沿插入方向49从前方插入到接纳室13中。

在所示的示例中，接纳室13后侧可以由可移位止动元件11界定，驱动装置29可以使该止动元件11在接纳室13后方沿位移方向31移动，以使得接合偶15可以其正面在止动元件11指向接纳室13的表面33上对齐。

控制系统35可以控制超声波焊接装置1的各种可启用和/或可移位部件3、5、7、9、11的功能和/或移位。

在接纳室13中，接合偶15应尽量布置于相对于彼此的有利定位之后再焊接在一起。然而，接纳室13相对较小，难以从外部看到内部，因而超声波焊接装置1的操作者必须有经验，特别是必须接受过良好培训，才能可靠地将接合偶15正确定位在接纳室13中。

因此，如图1中示意性示出以及图3至图6中的更多细节，摄像头组件37设置于接纳室13外部。摄像头组件37设计为借助至少一个摄像头39记录接纳室13的至少部分区域41的图像。然后基于这些图像可以监测可能影响焊接过程中产生的接合偶15焊缝的焊接工况。为了能够提高这些图像和/或这些图像中所含信息的质量，摄像头组件37可以包括光源43，借助该光源43可以点亮待成像的部分区域41。摄像头组件37还可以呈模块化构造，其中摄像头组件37的部件、诸如其摄像头39、光源43和其他可能部件可置换地保持在外壳45中，外壳45例如保持在超声波焊接装置1的静止结构47上。例如控制系统35可以控制摄像头组件37的功能。

图3至图6示出了摄像头组件37的可能设计，涉及到摄像头组件中使用的部件、摄像头组件的几何形状和摄像头组件在超声波焊接装置1中的布置。图3至图5中未示出摄像头组件37的外壳45，而示出该外壳45中容纳的部件。

如图3的透视图及图4和图5的俯视图所示，摄像头组件37包括弯曲的长形保持组件51。长形保持组件51平行于插入方向49延伸并布置于砧座5上方。保持组件51上部或内部布置有两个摄像头39以及共同形成光源43的多个发光体53。保持组件51紧固至超声波焊接装置1的静止结构47。

前摄像头39’沿插入方向49倾斜地布置于接纳室13的前上方，后摄像头39”倾斜地布置于接纳室13的后上方。两个摄像头39’、39”的视角轴55’、55”(参见图3和图4)倾斜地面向接纳室13中待观察的部分区域41，使得它们的锥形视角区域57’、57”(参见图5)至少重叠在部分区域41上，进而可以从不同方向和角度记录容纳于其中的接合偶15(为了清楚起见，图3至图5中未示出)的图像。

在所示的示例中，摄像头组件37具备五个LED形式的发光体53，它们在空间上沿插入方向49相继等距分布地布置于保持组件51上。发光体53用于点亮待成像的部分区域41。发光体53可选地在发光颜色方面有所不同，或者可为颜色可调，以便于光源43发出的光可以在颜色方面有所变化。

保持组件51优选地由例如清透塑料等的透明材料构成。摄像头39可以如此保持在保持组件51中，即这些摄像头39能够以它们的视角区域57通过保持组件51中的开口59进而不受透明材料阻碍地“看到”待成像的部分区域41。相比之下，发光体53可以容纳在保持组件51中，使得发光体发出的光必然首先穿透保持组件51的透明材料之后才到达部分区域41。保持组件51可配置为使得透射光不会主要以直射光而是以漫射光照射到部分区域41。为此，透明材料中可以包含例如光散射粒子，和/或该材料的表面可以为散射光而粗糙化。这样就能很大程度上均匀地点亮部分区域41，又能很大程度上避免超声波焊接装置1周围部件处的局部反射干扰。

保持组件51或例如待安装其上的附加光学部件(未示出)还可配置为给光源43生成的光提供光图案。为此，或多或少地吸收光和/或光学折射的区域可以彼此相邻布置于保持组件51或附加部件中，从而在透射光中产生明暗区域和/或异色区域。通过用如此产生的光图案(例如，条纹图案)点亮，可以更好地识别待成像的部分区域41内的结构，并且可选地就这些结构的空间布置而对记录的图像进行评估。

为了评估图像，控制系统35可以例如包括图像评估装置61。该图像评估装置可以接收来自摄像头组件37的图像数据并例如通过图像分析从记录图像中产生数据，借助该数据可以评价焊接工况。

在此情况下，为了能够确定与三维位置有关的信息，图像评估装置61优选地甚至可以在空间上评估图像。

图6示例性示出了摄像头组件37的模块化构造。在此情况下，保持组件51容纳在两件式外壳45内。保持组件51和/或容纳于其中的摄像头39以及容纳于其中的发光体53就会很容易更换，从而允许摄像头组件37适用于例如改变的照明条件。

概括地且部分地换言之，可以对本文描述的超声波焊接装置1的实施例解释如下：

通过布置摄像头构成超声波焊接装置的整体组成部分，很容易就能监测插入过程，并且操作者可以发觉可能的插入错误。此外，在工具闭合的情况下(砧座被拉出并处底部，侧向滑动件被推入)，该位置还允许看到并检查用作接合偶的电缆两侧，以发现错误定位、导线突出、发生位移等。然而，由于安装空间有限，光照条件非常不利，很难做出可靠的识别。此外，环境光也有极大影响。然而，通过沿曲线布置的LED和呈弯曲状用作保持组件的发光体及其材料/表面，对用作接纳室的焊接腔产生均匀照明，通常由此之后才有可能进行可靠的评估。发光体可以部分中空，以便于生成尽可能漫射的光。由于模块化构造，也可以很容易响应不同的要求(例如不同工具、焊接位置、光照条件等)，以简单的方式调适系统。使用工具上的几何形状(边缘、半径等)或附加标记作为基准。可以附加地利用几何形状或标记(可选地，文字、条码等)来识别是否安装了正确的工具。可以通过两个工具之间的间隙识别夹持在砧座与侧向滑动件之间的导线。通过布置摄像头，附加地可以三维地测量电缆或焊接结。然后可以将这些测量值用作质量控制的优/劣标准。通过不同的点亮方式(条纹图案、不同颜色等)，附加地可以识别表面形状以及可选地识别污染(例如，工具上的铜沉积物)，并向用户提出必要的维护/清洁建议。

最后应当注意，诸如“具有”、“包括”等术语不排除任何其他要素或步骤，术语“一个”或“一种”不排除是多数。还应指出，已结合上述示例性实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。

附图标记

1 超声波焊接装置

3 超声焊极

5 砧座

7 接触元件

9 侧向滑动件

11 第一止动元件

13 接纳室

15 接合偶

17 第一线股

19 第二线股

21 超声焊极表面

23 砧座表面

25 接触元件表面

27 侧向滑动件表面

29 驱动装置

31 第一止动元件的位移方向

33 第一止动元件表面

35 控制系统

37 摄像头组件

39 摄像头

41 接纳室的部分区域

43 光源

45 摄像头组件外壳

47 超声波焊接装置的静止结构

49 插入方向

51 保持组件

53 发光体

55 摄像头的视角轴

57 摄像头的视角区域

59 开口

61 图像评估装置

Claims (13)

1.一种超声波焊接装置(1)，包括：

超声焊极(3)；

砧座(5)；

接纳室(13)，所述接纳室中容纳待焊接的接合偶(15)，且所述接纳室在相对两侧分别由所述超声焊极和所述砧座界定；以及

摄像头组件(37)，所述摄像头组件集成于所述超声波焊接装置中且具有至少一个摄像头(39)，

其中，所述摄像头组件配置为记录所述接纳室的至少一个部分区域(41)的图像以对影响接合偶焊缝的焊接工况进行光学监测。

2.根据权利要求1所述的超声波焊接装置，其中，所述摄像头组件布置于所述接纳室之外，并配置为从相对于界定所述接纳室的超声焊极表面的一侧记录所述接纳室的所述部分区域的图像。

3.根据上述权利要求中任一项所述的超声波焊接装置，还包括：光源(43)，配置为点亮所述接纳室的所述部分区域，所述摄像头组件在所述部分区域中记录所述图像。

4.根据权利要求3所述的超声波焊接装置，其中，所述光源包括多个分布式布置的发光体(53)。

5.根据权利要求3或4所述的超声波焊接装置，其中，所述光源配置为主要以漫射光点亮所述接纳室的所述部分区域。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述光源配置为选择性以不同颜色的光点亮所述接纳室的所述部分区域。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述光源配置为以光图案点亮所述接纳室的所述部分区域。

8.根据上述权利要求中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述摄像头组件包括与摄像头组件的第一摄像头(39’)间隔布置的第二摄像头(39”)。

9.根据权利要求8所述的超声波焊接装置，其中，所述第一摄像头和所述第二摄像头沿所述接合偶插入到所述接纳室中的插入方向(49)布置于所述接纳室的相对两侧上，并配置为相对于界定所述接纳室的所述超声焊极表面成不同倾斜角度记录所述接纳室的所述部分区域的图像。

10.根据上述权利要求中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述摄像头组件还包括图像评估装置(61)，其配置为评估所述摄像头组件记录的图像以生成数据，借助该数据评价所述焊接工况。

11.根据权利要求10所述的超声波焊接装置，其中，所述图像评估装置配置为空间上评估所述摄像头组件记录的图像，使得由此产生的数据包含所述焊接工况与三维位置有关的信息。

12.根据上述权利要求中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述摄像头组件由多个视需要可置换的部件呈模块化方式组成。

13.根据上述权利要求中任一项所述的超声波焊接装置，其中，所述超声波焊接装置的部件可置换，其中，每个所述部件均具有分别表征该部件的光学可识别特征，其中，所述摄像头组件配置为通过评估所述摄像头组件记录的所述图像而识别所述光学可识别特征，并基于此提供关于相应部件的信息。

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