CN116348235A - 超声波焊接设备和超声波焊接方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一种超声波焊接设备包括：挤压力测量底砧，所述挤压力测量底砧具有挤压力测量传感器；焊头，所述焊头被设置成能够在所述挤压力测量底砧的上方向上移动，并且通过向下移动而挤压所述挤压力测量底砧；焊头向下行程调节部，所述焊头向下行程调节部能够调节所述焊头的向下行程，使得所述焊头的挤压力在预设挤压力范围内；和焊接底砧，待由所述焊头焊接的构件被置放在所述焊接底砧上并且由所述焊接底砧支撑，并且在所述焊头的向下行程被调节为在所述预设挤压力范围内之后，所述焊接底砧的位置被改变为所述挤压力测量底砧的位置，并且被定位在所述焊头的下方。

Description

超声波焊接设备和超声波焊接方法

技术领域

本发明涉及一种超声波焊接设备和一种超声波焊接方法。

该申请要求基于在2021年7月29日提交的韩国专利申请第10-2021-0099891号的优先权利益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

近来，能够充电和放电的二次电池已经被广泛用作无线移动装置的能源。此外，二次电池已经作为电动车辆、混合动力电动车辆等的能源而获得关注，并且被提出作为用于解决使用化石燃料的现有汽油车辆、柴油车辆等的空气污染的方案。相应地，由于二次电池的优点，使用二次电池的应用的种类已经多样化，并且将来，预期二次电池将被应用于比现在更多的领域和产品。

在每一个小型移动装置中使用一个、两个、三个或四个电池单体，并且由于需要高功率和高容量而在诸如车辆的中型到大型装置中使用多个电池单体被电连接的电池模块或者多个电池模块被连接的电池组。因为优选的是制造尺寸小并且重量轻的电池模块，所以主要使用具有小的相对于容量的重量的棱柱型电池、袋型电池等作为中型到大型电池模块的电池单体。

在电池单体中，设置有多个单元单体被堆叠的电极组件，并且通过焊接从单元单体拉出的电极接线片将单元单体电连接。此外，成束的被焊接的电极接线片被焊接到电极引线，从而电连接电池单体或者电池单体和外部设备。

超声波焊接方法被用于焊接电极接线片以及电极接线片和电极引线。

图1是图示超声波焊接电极接线片和电极引线的过程的示意性视图。

从电极组件拉出的接线片W1被竖直地堆叠在电极引线W2上并且被定位在超声波焊接设备的底砧20上。为超声波焊接提供振动的焊头10位于底砧20的上方。焊头10向下移动到作为焊接目标构件的接线片W1和引线W2，并且挤压和振动焊接目标构件，以超声波焊接接线片和引线。

在超声波焊接期间，因为焊头10在挤压焊接目标构件的同时进行焊接，所以焊接质量由焊头10的挤压力确定。例如，在超声波焊接期间，当焊头10的挤压力小时，可能发生弱焊接，从而引起接线片W1从引线W2分离。相反，当焊头10的挤压力太大时，存在接线片或引线被断开或者焊头或底砧被过早磨损的问题。

相应地，在使用焊头和底砧的超声波焊接期间，重要的是将焊头的挤压力维持在预设范围内或者维持在最佳挤压力。然而，传统上，无法准确地检查焊头的挤压力。例如，即使当压力传感器被安设在底砧上并且测量焊头的挤压力时，因为超声波振动在焊接期间被施加到焊头，所以也不能准确地测量焊头的挤压力。此外，因为每当焊接目标构件被更换或者磨损的焊头或底砧被更换时，焊头的挤压力就稍微改变，所以存在难以以一致的焊接质量执行超声波焊接的技术问题。

相关技术

专利文献

韩国专利公报第10-2021-0037902号

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供能够准确地测量焊头的挤压力并且调节焊头的向下行程以满足预设挤压力的一种超声波焊接设备和一种超声波焊接方法。

技术方案

根据本发明的一种超声波焊接设备包括：挤压力测量底砧，所述挤压力测量底砧包括挤压力测量传感器；焊头，所述焊头被安设成能够在所述挤压力测量底砧的上方上下移动，并且当向下移动时挤压所述挤压力测量底砧；焊头向下行程调节部，所述焊头向下行程调节部调节所述焊头的向下行程，使得所述焊头的挤压力在预设挤压力范围内；和焊接底砧，待由所述焊头焊接的焊接目标构件被置放在所述焊接底砧上并且由所述焊接底砧支撑，并且在所述焊头的所述向下行程被调节为在所述预设挤压力范围内之后，所述焊接底砧的位置被改变为所述挤压力测量底砧的位置，使得所述焊接底砧被定位在所述焊头的下方。

在具体示例中，本发明的超声波焊接设备可以进一步包括挤压力指示器，所述挤压力指示器被连接到所述挤压力测量传感器，并且示出由所述挤压力测量传感器检测的所述焊头的挤压力。

在具体示例中，所述挤压力测量传感器可以被安设在安设凹槽中，所述安设凹槽被形成在所述挤压力测量底砧的上表面的中央部分中。

在更具体的示例中，所述挤压力测量底砧可以包括扩大突出部分，所述扩大突出部分从本体部分的上表面的一侧或两侧突出，并且所述挤压力测量传感器可以被安设在安设凹槽中，所述安设凹槽被形成在所述扩大突出部分的上表面的中央部分中。

作为具体示例，当所述焊头挤压所述挤压力测量底砧时，超声波振动可以不被施加到所述焊头。

作为示例，所述超声波焊接设备可以进一步包括控制器，所述控制器将所述焊头的测量挤压力与所述预设挤压力范围相比较，并且控制所述焊头向下行程调节部，使得所述焊头的挤压力在所述预设挤压力范围内。

在具体示例中，所述控制器可以将所述焊头的所述测量挤压力与预设最佳挤压力相比较，并且重复地控制所述焊头向下行程调节部，使得所述焊头的挤压力变为所述最佳挤压力。

作为示例，所述焊头向下行程调节部可以是液压或气压缸，并且所述控制器可以控制供应到所述液压或气压缸的液压或气压压力，以控制所述焊头的向下行程。

作为另一个示例，所述焊头向下行程调节部可以是由伺服马达移动的线性移动装置，并且所述控制器可以控制所述伺服马达的旋转量，以控制所述焊头的向下行程。

作为本发明的另一个实施例，所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧可以被安设在所述焊头的下方并且彼此间隔开预定距离以相对于所述焊头移动，并且所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧可以相对于所述焊头移动，使得相对于所述焊头的所述挤压力测量底砧的位置和所述焊接底砧的位置被改变。

作为具体示例，该实施例的超声波焊接设备可以进一步包括可移动板，所述可移动板被置放在所述焊头的下方，并且相对于所述焊头可滑动地移动，并且所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧被固定地安设在所述可移动板上以彼此间隔开，其中，所述可移动板可以相对于所述焊头可滑动地移动，使得相对于所述焊头的所述挤压力测量底砧的位置和所述焊接底砧的位置被改变。

所述焊接目标构件可以是从二次电池的电极组件延伸的多个电极接线片或者所述电极接线片和电极引线。

根据本发明的另一个方面的一种超声波焊接方法包括：将包括挤压力测量传感器的挤压力测量底砧布置在焊头的下方；向下移动所述焊头，挤压所述挤压力测量底砧，并且使用挤压力测量传感器测量所述焊头的挤压力；将所述焊头的测量挤压力与预设挤压力范围相比较，并且控制所述焊头的向下行程，使得所述焊头的挤压力在所述预设挤压力范围内；在调节了所述焊头的向下行程之后，改变所述挤压力测量底砧的位置和焊接底砧的位置并且将所述焊接底砧定位在所述焊头的下方，焊接目标构件被置放在所述焊接底砧上并且由所述焊接底砧支撑；以及以所调节的向下行程移动所述焊头，并且对所述焊接底砧上的所述焊接目标构件进行超声波焊接。

作为具体示例，当所述焊头挤压所述挤压力测量底砧时，超声波振动可以不被施加到所述焊头。

作为具体示例，可以重复地调节所述焊头的向下行程，直至所述焊头的所述测量挤压力变为预设最佳挤压力，并且所述焊头可以以对应于所述最佳挤压力的向下行程向下移动到所述焊接底砧，并且对所述焊接目标构件进行焊接。

有利效果

根据本发明，能够通过在执行超声波焊接之前检查焊头的挤压力并且将挤压力调节为在预设挤压力内或者变为最佳挤压力以防止焊接故障来改进超声波焊接的质量。

附图说明

图1是图示超声波焊接电极接线片和电极引线的过程的示意性视图。

图2是图示根据本发明的一个实施例的超声波焊接设备的构造的一组示意性视图。

图3是图示作为本发明的超声波焊接设备的部件的挤压力测量底砧和挤压力指示器的示意性视图。

图4是图示作为本发明的超声波焊接设备的部件的挤压力测量底砧的一组平面图和侧视图。

图5是图示作为本发明的超声波焊接设备的部件的焊接底砧的立体图。

图6是图示根据本发明的调节焊头的向下行程的过程的示意性视图。

图7是图示根据本发明的一个实施例的焊接的过程的示意性视图。

图8和图9是图示根据本发明的另一个实施例的超声波焊接设备的构造的示意性视图。

图10和图11是图示根据本发明的又一个实施例的超声波焊接设备的构造的侧视图和前视图。

图12是图示图10和图11的超声波焊接设备的主要部分的立体图。

图13是示出根据本发明的超声波焊接方法的顺序的流程图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本发明。在该说明书和权利要求中使用的术语和词语不应该被解释为限于通常使用的含义或者词典中的含义，而是应该基于本发明人已经适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述本发明的原则，以与本发明的技术范围一致的含义和概念进行解释。

在该申请中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指示存在说明书中所描述的特征、数目、步骤、操作、部件、零件或其组合，并且这些术语不预先排除存在或添加一个或多个其它的特征或数目、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。而且，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为在另一个部分“上”时，这不仅包括该部分“直接地”在所述另一个部分“上”的情形，还包括又一个部分介于其间的情形。在另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的一部分被称为“在”另一个部分“下”时，这不仅包括该部分“直接地”在所述另一个部分“下”的情形，还包括又一个部分介于其间的情形。另外，在本申请中“置放在…上”可以包括置放在底部以及顶部处的情形。

同时，在本说明书中，“纵向方向”是电池单体的电极引线突出的方向。

在下文中，将详细描述本发明。

本发明的超声波焊接设备包括：挤压力测量底砧，该挤压力测量底砧包括挤压力测量传感器；焊头，该焊头被安设成能够在挤压力测量底砧的上方上下移动，并且当向下移动时挤压挤压力测量底砧；焊头向下行程调节部，该焊头向下行程调节部能够调节焊头的向下行程，使得焊头的挤压力在预设挤压力范围内；和焊接底砧，该焊接底砧支撑被置放在该焊接底砧上的由焊头焊接的焊接目标构件，并且在焊头的向下行程被调节为在预设挤压力范围内之后，该焊接底砧的位置被改变为挤压力测量底砧的位置，使得该焊接底砧位于焊头的下方。

在本发明中，因为设置了能够测量焊头的挤压力的挤压力测量底砧，所以能够预先测量与焊接质量密切相关的焊头的挤压力。此外，因为设置了能够调节焊头的向下行程使得由挤压力测量底砧测量的焊头的挤压力在预设挤压力范围内的焊头向下行程调节部，所以焊头的挤压力能够在预设挤压力范围内。当焊头的向下行程被调节使得焊头的挤压力在预设挤压力范围内时，改变挤压力测量底砧的位置和焊接底砧的位置，该焊接底砧支撑被置放在该焊接底砧上的焊接目标构件，使用所调节的焊头的向下行程来对焊接底砧上的焊接目标构件进行焊接，并且因此能够防止诸如弱焊接的焊接故障，并且能够防止焊头和底砧的快速磨损。

具体实施方式

(第一实施例)

图2是图示根据本发明的一个实施例的超声波焊接设备100的构造的一组示意性视图。

参考图2(a)，本发明的超声波焊接设备100包括挤压力测量底砧110，该挤压力测量底砧110包括挤压力测量传感器115。挤压力测量传感器115被安设在挤压力测量底砧110上，并且测量从焊头120传递的挤压力。具体地，挤压力测量传感器115可以采用载荷检测传感器，诸如荷重元(load cell)。该荷重元可以使用应变计将施加到荷重元的压力转换成电信号，并且输出电信号以显示压力。挤压力测量传感器115的类型不受具体限制，只要它能够示出压力的数值即可，并且可以使用任何类型的荷重元，诸如梁式荷重元或者柱形荷重元。

图3是图示作为超声波焊接设备100的部件的挤压力测量底砧110和挤压力指示器117的示意性视图，并且图4是图示图3的挤压力测量底砧110的一组平面图和侧视图。

如在图3中图示地，本发明可以进一步包括挤压力指示器117，该挤压力指示器117将施加到挤压力测量传感器115的压力数字化，以输出电信号。挤压力测量传感器115通过导线116被电连接到挤压力指示器117，并且施加到挤压力测量传感器115的压力被数字化成能够在视觉上检查并且被显示在挤压力指示器117的压力显示部117a上的电信号。此外，挤压力指示器117包括预定的操作按钮117a。因为荷重元、即挤压力指示器117是通常已知的压力测量构件或者载荷测量构件，所以这里将省略详细描述。在本说明书中，虽然荷重元被示出为挤压力测量传感器的示例，但是在本发明中可以采用能够测量焊头的载荷或挤压力的另一种适当类型的挤压力测量传感器。

挤压力测量传感器115可以被安设在挤压力测量底砧110的上表面的中央部分中。在本发明中，重要的是准确地测量焊头120的挤压力并且获得能够施加在预设挤压力范围内的挤压力或最佳挤压力的焊头120的向下行程H。相应地，当挤压力测量传感器115被安设在挤压力测量底砧110的侧部或下部上时，因为焊头的挤压力可能不被准确地测量，所以挤压力测量传感器115被安设在由焊头直接地挤压的挤压力测量底砧110的上表面111A上。此外，当挤压力测量传感器115被偏置地安设到底砧的上表面上的任一侧时，准确的挤压力也可能未被反映，因此挤压力测量传感器115被安设在底砧的上表面的中央部分上。为此目的，如在图4中所示，用于安设挤压力测量传感器115的安设凹槽113被设置在挤压力测量底砧110的上表面的中央部分中。

挤压力测量底砧110可以被形成为与通常的焊接底砧相同的形状并且由与通常的焊接底砧相同的材料形成。然而，当焊接目标构件的尺寸小时，焊接底砧的尺寸也小。特别地，因为二次电池的电极接线片或电极引线非常小，所以焊接二次电池的电极接线片或电极引线的焊接底砧的尺寸也相对小。在此情形中，当使用具有与焊接底砧相同的尺寸或形状的底砧作为挤压力测量底砧时，可能未在底砧中确保足以安设挤压力测量传感器的空间。为了确保安设挤压力测量传感器115的空间，可以如在图3和图4中所示地使用以与焊接底砧140不同的形状而形成的挤压力测量底砧110。挤压力测量底砧110包括本体部分111、从本体部分的两侧突出的紧固部分114以及被形成在本体部分上的扩大突出部分112。

如在图4中图示地，扩大突出部分112从本体部分111的上部的两侧突出，以提供更大的安设表面。然而，扩大突出部分112可以被形成为从本体部分的上部的一侧突出的形状。可以考虑到待安设的传感器尺寸或形状而适当地改变扩大突出部分112突出的方向、扩大突出部分112的尺寸、形状等。安设凹槽113可以被形成在扩大突出部分112的上表面112A的中央部分中，并且挤压力测量传感器115可以被安设在安设凹槽113中。紧固部分114被设置在挤压力测量底砧110的本体部分111的两个侧部上，并且紧固孔114a被形成在紧固部分中，该紧固孔114a用于将挤压力测量底砧110安设在诸如基座的支撑构件上。相应地，挤压力测量底砧110可以使用诸如螺栓的紧固构件C通过紧固孔114a被固定地联接到诸如基座的支撑构件。

在通常的焊接底砧中，非平坦部分被形成在通常的焊接底砧的表面上，从而在超声波振动期间挤压和装配焊接目标构件(见图5)，因为挤压力测量底砧110不用于焊接，所以不在上表面上形成突出部分。

再次参考图2，焊头120被安设成在挤压力测量底砧110的上方竖直地移动。焊头120用于提供用于超声波结合到焊接目标构件W的结合部分的振动，并且可以在与焊接目标构件W形成接触的部分中设置非平坦部分，该非平坦部分能够在焊接目标构件的上部上形成凹痕以有效地传递振动。焊头120还被称作超声波焊极(sonotrode)，并且在焊头120的前端处包括与焊接目标构件形成接触的延伸部分121。然而，焊头的形状仅仅是示例性的，并且本发明还可以采用具有能够执行超声波焊接的不同形状的焊头。因为焊头120具有重量，所以当焊头120向下移动时，可以测量由于该重量而引起的焊头的挤压力。然而，在必要时，单独的挤压部(未示出)可以被安设在焊头120的上部上，以增加焊头的挤压力。例如，可以采用在焊头的上侧处的由单独的驱动部驱动的驱动缸作为挤压部，并且该驱动缸可以进一步挤压焊头。

焊头120被连接到产生超声波的超声波发生器G、将超声波转换成振动的换能器T、放大换能器的振幅的放大器B等。因为超声波发生器G、换能器T和放大器B是在超声波焊接设备中通常使用的已知部件，所以将省略具体描述。

焊头120可以被置放成在挤压力测量底砧110的上方独自地或者与诸如放大器的其他超声波焊接构件一起地竖直地移动。当焊头120朝向挤压力测量底砧110向下移动并且焊头挤压挤压力测量底砧的挤压力测量传感器115(例如，荷重元)时，焊头的挤压力被测量。当由挤压力测量传感器测量焊头的挤压力时，超声波振动不被施加到焊头120。这是因为，当施加超声波振动时，即使当焊头120以相同的向下行程向下移动时，焊头120的挤压力也被改变，并且因此，可能未测量到准确的挤压力。

焊头向下行程调节部130被设置成调节焊头120的向上或向下行程。可以采用已知的竖直移动设备作为行程调节部。例如，液压或气压缸可以被安设在支撑焊头120的支撑件P的下方，并且液压或气压压力可以被供应到该缸以竖直地移动焊头。作为气压缸的示例，可以采用包括一个空气进气端口的单作用缸或者在进口侧和出口侧处包括空气进气端口的双作用缸。可替代地，可以使用连接到伺服马达的线性移动设备(例如，滚珠丝杠和滚珠螺母)使焊头竖直地移动。在此情形中，在必要时，可以采用引导线性移动设备的移动的线性运动(LM)导轨等。此外，可以使用在本技术领域中通常使用的竖直移动设备或线性移动设备作为焊头向下行程调节部。在本实施例中，采用包括缸体131和缸杆132的气压缸130作为焊头向下行程调节部。

图6是图示根据本发明的调节焊头的向下行程的过程的示意性视图。

焊头120的挤压力可以用向下移动的焊头的行程来表达。即，当焊头120朝向焊接目标构件相对更向下地移动时，施加到焊接目标构件W的焊头的挤压力增加。在另一方面，当焊头的向下行程更短时，施加到焊接目标构件的焊头的挤压力减小。即，焊头120的挤压力可以被表达为或者被转换成焊头的向下行程，并且焊头的挤压力可以通过调节向下行程来调节。通过控制焊头向下行程调节部130(诸如液压或气压缸)或者连接到伺服马达的线性移动设备，焊头120的挤压力可以在预设挤压力范围内。然而，为此目的，应该首先测量焊头的挤压力。如上所述，焊头120的挤压力可能在振动期间改变，并且焊头的挤压力可能根据焊接目标构件W的类型、焊接目标构件的更换或者焊头或底砧的更换而改变。相应地，如在图6中图示地，首先，焊头120朝向挤压力测量底砧110向下移动，以检查焊头的(初始)挤压力。当挤压力在预设挤压力范围之外时，可以在焊头向下行程调节部130改变焊头的向下行程的同时重复地测量焊头的挤压力。在此情形中，因为焊头的挤压力由挤压力指示器117实时地显示，所以可以在检查测量挤压力是否在预设挤压力范围内的同时调节焊头120的向下行程。例如，操作员可以通过检查挤压力指示器117上的挤压力的数值并且调节液压或气压压力以调节缸杆132的竖直移动长度来调节焊头的向下行程。可替代地，操作员可以通过控制伺服马达(未示出)的旋转量以控制线性移动设备的移动量来调节焊头的向下行程。

参考图2(a)，焊头120和放大器B一起由支撑件P支撑，并且支撑件P被联接到气压缸130。具体地，气压缸130包括缸体131以及从缸体131突出或插入缸体131中的缸杆132，并且缸杆被联接到支撑件P。

为了稳定地支撑焊头120，气压缸130被安设在基座150上。在图2中，图示了，挤压力测量底砧110和气压缸130一起也被安设在基座150上，但是挤压力测量底砧110也可以被安设在单独的支撑构件上。

设置了焊接底砧140，在焊头的向下行程H由焊头向下行程调节部130调节使得焊头120的向下行程在预设挤压力范围内之后，该焊接底砧140的位置被改变为挤压力测量底砧110的位置。

图5是图示作为本发明的超声波焊接设备100的部件的焊接底砧140的示例的立体图。

参考图5，焊接底砧140包括本体部分141和紧固部分142，该紧固部分142包括紧固孔142a，该紧固孔142a被置放在本体部分的左侧和右侧处，并且紧固构件被插入该紧固孔142a中。此外，非平坦部分被形成在本体部分141的上表面141A上，该非平坦部分能够在焊接目标构件的下表面上形成凹痕。图示的焊接底砧的形状仅仅是一个示例，并且本发明不一定必需被限制于具有该形状的底砧。因为焊接底砧是实际上由焊头在其上执行超声波焊接的部分，所以焊接目标构件被置放在焊接底砧的上部上并且由其支撑。即，如在图1中图示地，例如，当焊接目标构件W包括从二次电池的电极组件延伸的电极接线片W1以及电极引线W2时，电极接线片和电极引线被堆叠并且被定位在焊接底砧140上。

参考图2(b)，图示了焊接底砧140的位置被改变为挤压力测量底砧110的位置，并且焊接底砧140被安设在焊头120的下方。在挤压力测量底砧110和焊接底砧140之间的位置改变或更换可以由操作员手动地执行。在此情形中，紧固构件C被从挤压力测量底砧110的紧固部分114移除，以从基座150等移除挤压力测量底砧110。此后，焊接底砧140可以被置放在安设挤压力测量底砧110的位置处，并且紧固构件C可以被安设在焊接底砧140的紧固部分142中，以将焊接底砧140安设在焊头的下方。然而，在挤压力测量底砧和焊接底砧之间的位置改变可以如下文描述地使用单独的移动构件来自动地执行。

图7是图示根据图2的实施例的焊接的过程的示意性视图。

图7示出焊头的向下行程H被调节为在预设挤压力范围内并且焊接底砧140的位置被改变为挤压力测量底砧110的位置使得焊接底砧140位于基座150上的状态。在此情形中，焊头120的挤压力由挤压力测量底砧的挤压力测量传感器115检查，并且通过将挤压力与预设挤压力相比较，焊头的向下行程被调节为在预设挤压力范围内。相应地，焊头120与对应于预设挤压力的向下行程H一样大地向下移动到焊接底砧140上的焊接目标构件。此后，如在图7中图示地，焊头120可以使用预设挤压力和通过波发生器G、换能器T和放大器B传递的超声波振动来超声波焊接置放在焊接底砧上的焊接目标构件W。

(第二实施例)

图8和图9是图示根据本发明的另一个实施例的超声波焊接设备100'的构造的示意性视图。

参考图8和图9，本实施例的超声波焊接设备100'可以进一步包括控制器160，该控制器160将焊头的测量挤压力和预设挤压力范围相比较并且控制焊头向下行程调节部130，使得焊头的挤压力在预设挤压力范围内。

即，本实施例包括控制器160，该控制器160通过检查焊头120的挤压力来自动地控制焊头的向下行程的调节。如在图8中图示地，控制器160可以被连接到作为焊头向下行程调节部130的气压缸，并且可以自动地将焊头120从挤压力测量级向下移动。当控制器160操作焊头向下行程调节部130并且焊头向下移动到挤压力测量底砧110时，由挤压力测量传感器115测量的焊头的挤压力被显示在挤压力指示器117上，并且控制器160可以接收挤压力数据。此外，控制器160可以将焊头120的测量挤压力与预设挤压力范围相比较，并且当焊头的测量挤压力在预设挤压力范围之外时，可以控制焊头向下行程调节部130。例如，当电极接线片和电极引线的预设挤压力范围在150到200kgf的范围中并且测量挤压力小于150kgf时，控制器160控制液压/气压压力或者增加伺服马达的旋转量，从而增加焊头的向下行程直至焊头的挤压力为150kgf。在此情形中，挤压力测量传感器115(荷重元)可以随着向下行程的增加而连续地测量焊头的挤压力，并且挤压力可以被显示在挤压力指示器的压力显示部117a上。当从挤压力指示器接收的挤压力在预设挤压力范围内时，控制器160可以存储焊头的向下行程。可替代地，当焊头的挤压力大于预设挤压力(例如200kgf)时，控制器160可以减少焊头的向下行程，以将焊头的挤压力控制为在预设范围内。

同时，虽然控制器160可以如上所述地控制焊头的挤压力的范围，但是控制器160可以执行精确控制，使得焊头的挤压力变为最佳挤压力。在此情形中，焊头向下行程调节部130可以被重复地控制，直至焊头的测量挤压力变为最佳挤压力。为此目的，可以通过重复地竖直地移动焊头并且使用挤压力测量传感器115重复地测量挤压力直至焊头的测量挤压力变为最佳挤压力来获得对应于最佳挤压力的焊头的向下行程H。

图9示出如下过程：在焊头的挤压力在预设挤压力范围内或者变为最佳挤压力之后，焊接底砧140的位置被改变为挤压力测量底砧110的位置，并且焊接底砧上的焊接目标构件W由焊头焊接。因为焊头120与对应于预设挤压力范围或最佳挤压力的向下行程H一样大地向下移动，挤压焊接底砧上的焊接目标构件W，并且执行超声波焊接，所以能够防止焊接目标构件的弱焊接或者焊头和底砧的过度磨损。

此外，在本实施例中，因为控制器160自动地控制焊头向下行程调节部130或者焊头的向下行程，所以具有更精确且准确地调节焊头的挤压力的优点。

(第三实施例)

图10和图11是图示根据本发明的又一个实施例的超声波焊接设备100”的构造的侧视图和前视图，并且图12是图示图10和图11的超声波焊接设备100”的主要部分的立体图。

本实施例的特征在于，不仅通过焊头的挤压力的检查来自动地控制焊头的向下行程，而且还自动地改变挤压力测量底砧的位置和焊接底砧的位置。

参考图10到图12，本实施例的挤压力测量底砧110和焊接底砧140在焊头120的下方被置放成距彼此预定距离，以能够相对于焊头移动。在本实施例中，在挤压力测量底砧110和焊接底砧140相对于焊头移动时，挤压力测量底砧的位置和焊接底砧的位置可以相对于焊头改变。

在本实施例中，具体地，设置了可移动板170，该可移动板170被置放在焊头120的下方，并且能够相对于焊头可滑动地移动。挤压力测量底砧110和焊接底砧140被固定地安设在可移动板170上，以彼此间隔开预定距离。当由控制器160完成调节焊头的向下行程的操作时，通过操作员或者控制器的移动信号，可移动板170相对于焊头可滑动地移动。即，在可移动板170移动时，挤压力测量底砧110和焊接底砧140同时相对于焊头水平地移动，并且因此焊接底砧140被定位在焊头的下方。此后，焊头可以与对应于预设挤压力或最佳挤压力的向下行程一样大地朝向焊接底砧140向下移动，可以挤压由焊接底砧支撑的焊接目标构件W，并且可以执行超声波焊接。当超声波焊接完成时，可移动板170可以再次移动到其初始位置，并且可以由挤压力测量底砧110重复地执行测量挤压力的操作。

相应地，根据本实施例，无需每当在测量挤压力并且调节焊头的向下行程之后执行焊接过程时就要拆卸挤压力测量底砧110并且安设焊接底砧140。控制器160可以一体地控制挤压力的测量、焊头的向下行程的调节以及挤压力测量底砧110和焊接底砧140的移动。在必要时，控制器160可以被连接到超声波发生器和换能器，并且可以一体地控制这些构件。

如上所述，在将由挤压力测量底砧110测量的焊头的挤压力与焊头的预设挤压力范围或最佳挤压力相比较并且调节焊头的向下行程H之后，可以例如通过手动地拆卸到基座等的挤压力测量底砧的紧固部分的紧固构件和焊接底砧紧固部分的紧固构件来手动地执行挤压力测量底砧110的更换和焊接底砧140的安设。然而，这需要时间和人力，并且控制器160的自动控制的效率可能降低。在本实施例中，因为例如由控制器160来自动地执行关于焊头的向下行程的底砧的更换或者位置变化，所以本发明可以更适合于大规模生产和设施自动化。

可移动板170相对于焊头120的可滑动移动可以由在机械领域中通常已知的线性移动设备来执行。例如，如在图10和图12中图示地，导轨151可以被安设在基座150上，引导凹槽171可以被形成在可移动板170的下部中，并且可移动板170可以相对于焊头120和基座150可滑动地移动。可替代地，相反，导轨可以被形成在可移动板170的下部上，并且引导凹槽还可以被形成在基座150的上部中。此外，只要可移动板170相对于焊头移动便足以，并且可移动板170不一定必需被安设在基座150上。然而，在本实施例中，为了滑动移动的稳定性，可移动板170被安设在安设有缸等的基座150上，并且可移动板相对于焊头移动。

止挡件152或者固定构件可以被安设在导轨151上，该止挡件152或者固定构件限制可移动板170的移动距离，并且在可移动板170移动之前和之后停止可移动板。图11和图12示出如下状态：止挡件152被固定到导轨151，以在由挤压力测量底砧110测量挤压力的状态中停止可移动板170，并且可移动板170移动，使得焊接底砧140被定位在焊头的下方。当止挡件152被从导轨151分离并且焊接底砧140相对于焊头向左移动时，挤压力测量底砧110可以再次被定位在焊头的下方。在这种状态中，止挡件152可以被联接到基座150的导轨151，以固定挤压力测量底砧110和焊接底砧140相对于焊头120的位置。

除了导轨151或者引导凹槽171，伺服马达和滚珠丝杠部(未示出)也可以被安设在可移动板170上，以使可移动板170相对于焊头和基座移动。在此情形中，因为伺服马达可以使用旋转量来限制可移动板的移动距离以及停止可移动板，所以不一定必需要求止挡件。然而，可以安设止挡件，从而在可移动板移动之前和之后牢固地固定可移动板并且在不摇晃的情况下执行焊接。

在本实施例中，虽然描述了挤压力测量底砧110和焊接底砧140相对于焊头移动，但是这可以被改变，使得焊头120相对于底砧水平地移动。此外，在本实施例中，虽然示出了挤压力测量底砧110和焊接底砧140在与焊头的延伸方向交叉的水平方向上相对地移动，但是这可以被改变，使得可移动板170在焊头120的下方在平行于焊头120的延伸方向的方向上相对地移动。此外，可以考虑到焊头的延伸方向、底砧的布置方向等适当地改变底砧或可移动板中的每一个相对于焊头的移动方向。

在下文中，将描述本发明的超声波焊接方法的操作。

图13是示出根据本发明的超声波焊接方法的顺序的流程图。

首先，将包括挤压力测量传感器115的挤压力测量底砧110置放在焊头120的下方(S10)。可以使用紧固构件C将挤压力测量底砧110安设在焊头的下方的安设位置处(基座150上)。可替代地，当相对于焊头可滑动地移动的可移动板170被安设在基座150上时，可以使用紧固构件C将挤压力测量底砧110固定地安设在可移动板170上。如在图3和图4中图示地，挤压力测量底砧110可以被形成为与通常的焊接底砧不同的形状，并且可以包括扩大突出部分112，以确保安设挤压力测量传感器115的自由空间。

然后，使焊头120向下移动，以挤压挤压力测量底砧110，并且挤压力测量传感器115测量焊头的挤压力(S20)。挤压力测量传感器115可以是载荷测量传感器，诸如荷重元。此外，挤压力测量传感器可以被连接到挤压力指示器117，并且可以将焊头的挤压力数字化并且实时地以数值显示焊头的数字化的挤压力。焊头的挤压力可以在视觉上被检查或者被传输到控制器。

此后，将焊头120的测量挤压力与预设挤压力范围相比较，并且调节焊头的向下行程，使得焊头的挤压力在预设挤压力范围内(S30)。

可以通过控制供应到例如气动或液压缸的气压或液压压力或者通过控制连接到线性移动设备(诸如滚珠丝杠)的伺服马达的旋转量来调节焊头的向下行程。该行程可以由操作员手动地调节或者由控制器160自动地调节。

当测量挤压力在预设挤压力范围之外或者不同于最佳挤压力时，在必要时，可以重复地执行测量挤压力的操作以及调节向下行程的操作。

在调节了焊头的向下行程H之后，改变挤压力测量底砧110的位置和焊接底砧140的位置，焊接目标构件被置放在该焊接底砧140上并且由焊接底砧140支撑(S40)。在此情形中，虽然可以手动地改变底砧的位置，或者手动地更换底砧，但是效率降低，并且因此，如在图11和图12中图示地，挤压力测量底砧110和焊接底砧140可以被固定地预安设，并且底砧可以相对于焊头120移动，以容易更换底砧。

最后，以所调节的向下行程H向下移动焊头120，施加振动，以对焊接底砧上的焊接目标构件W进行超声波焊接(S50)。

在S20中，当焊头120挤压挤压力测量底砧时，超声波振动不被施加到焊头。相应地，焊头的挤压力能够被更准确地测量而不受超声波影响。

在S30中，可以重复地调节焊头的向下行程，直至焊头120的测量挤压力变为预设最佳挤压力。在通过重复调节来获得对应于最佳挤压力的向下行程之后，当焊头以焊接底砧140的向下行程向下移动并且对焊接目标构件进行焊接时，可以以最佳挤压力执行焊接。相应地，例如，能够防止在电极接线片和电极引线之间的弱焊接。此外，因为以最佳挤压力执行焊接，所以能够防止焊头和焊接底砧超过必要地磨损的、电极接线片或引线由于高压力而断开等的问题。

上文描述仅仅是描述本发明的技术精神的示例，并且本领域技术人员可以在不偏离本发明的基本特征的情况下做出各种改变、修改和替代。因此，在本发明中公开的实施例仅在描述性的意义上考虑而非用于限制的目的，并且本发明的范围不受实施例的限制。应该解释，本发明的范围由所附权利要求限定，并且涵盖落入所附权利要求的范围内的所有的修改和等同。

同时，在本说明书中，虽然已经使用了诸如上、下、左、右、前和后的指示方向的术语，但是这些术语仅仅是为了描述方便起见，并且显然，这些方向根据目标物体或者观察者的位置而改变。

附图标记

100，100'，100”：超声波焊接设备

110：挤压力测量底砧

111：本体部分

112：扩大突出部分

113：安设凹槽

114：紧固部分

120：焊头

121：延伸部分

130：焊头行程调节部(气压缸)

131：缸体

132：缸杆

140：焊接底砧

141：本体部分

142：紧固部分

150：基座

151：导轨

152：止挡件

160：控制器

170：可移动板

171：引导凹槽

G：超声波发生器

T：换能器

B：放大器

C：紧固构件

P：支撑件

W：焊接目标构件

Claims (15)

1.一种超声波焊接设备，包括：

挤压力测量底砧，所述挤压力测量底砧包括挤压力测量传感器；

焊头，所述焊头被安设成能够在所述挤压力测量底砧的上方上下移动，并且当向下移动时挤压所述挤压力测量底砧；

焊头向下行程调节部，所述焊头向下行程调节部调节所述焊头的向下行程，使得所述焊头的挤压力在预设挤压力范围内；和

焊接底砧，待由所述焊头焊接的焊接目标构件被置放并支撑在所述焊接底砧上，并且在所述焊头的向下行程被调节为在所述预设挤压力范围内之后，所述焊接底砧的位置被改变为所述挤压力测量底砧的位置，使得所述焊接底砧被定位在所述焊头的下方。

2.根据权利要求1所述的超声波焊接设备，进一步包括挤压力指示器，所述挤压力指示器被连接到所述挤压力测量传感器，并且示出由所述挤压力测量传感器检测的所述焊头的挤压力。

3.根据权利要求1所述的超声波焊接设备，其中，所述挤压力测量传感器被安设在安设凹槽中，所述安设凹槽被形成在所述挤压力测量底砧的上表面的中央部分中。

4.根据权利要求3所述的超声波焊接设备，其中：

所述挤压力测量底砧包括扩大突出部分，所述扩大突出部分从本体部分的上表面的一侧或两侧突出；并且

所述挤压力测量传感器被安设在所述安设凹槽中，所述安设凹槽被形成在所述扩大突出部分的上表面的中央部分中。

5.根据权利要求1所述的超声波焊接设备，其中，当所述焊头挤压所述挤压力测量底砧时，超声波振动不被施加到所述焊头。

6.根据权利要求1所述的超声波焊接设备，进一步包括控制器，所述控制器将所述焊头的测量挤压力与所述预设挤压力范围相比较，并且控制所述焊头向下行程调节部，使得所述焊头的挤压力在所述预设挤压力范围内。

7.根据权利要求6所述的超声波焊接设备，其中，所述控制器将所述焊头的所述测量挤压力与预设最佳挤压力相比较，并且重复地控制所述焊头向下行程调节部，使得所述焊头的挤压力变为所述最佳挤压力。

8.根据权利要求6所述的超声波焊接设备，其中：

所述焊头向下行程调节部包括液压或气压缸；并且

所述控制器控制供应到所述液压或气压缸的液压或气压压力，以控制所述焊头的向下行程。

9.根据权利要求6所述的超声波焊接设备，其中：

所述焊头向下行程调节部包括由伺服马达移动的线性移动装置；并且

所述控制器控制所述伺服马达的旋转量，以控制所述焊头的向下行程。

10.根据权利要求1或6所述的超声波焊接设备，其中：

所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧被安设在所述焊头的下方，并且彼此间隔开预定距离，以相对于所述焊头移动；并且

所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧相对于所述焊头移动，使得相对于所述焊头的所述挤压力测量底砧的位置和所述焊接底砧的位置被改变。

11.根据权利要求10所述的超声波焊接设备，进一步包括可移动板，所述可移动板被置放在所述焊头的下方，并且相对于所述焊头可滑动地移动，并且所述挤压力测量底砧和所述焊接底砧被固定地安设在所述可移动板上以彼此间隔开，

其中，所述可移动板相对于所述焊头可滑动地移动，使得相对于所述焊头的所述挤压力测量底砧的位置和所述焊接底砧的位置被改变。

12.根据权利要求1所述的超声波焊接设备，其中，所述焊接目标构件包括：

从二次电池的电极组件延伸的多个电极接线片；或者

所述电极接线片和电极引线。

13.一种超声波焊接方法，包括：

将包括挤压力测量传感器的挤压力测量底砧布置在焊头的下方；

向下移动所述焊头，挤压所述挤压力测量底砧，并且使用挤压力测量传感器来测量所述焊头的挤压力；

将所述焊头的测量挤压力与预设挤压力范围相比较，并且控制所述焊头的向下行程，使得所述焊头的挤压力在所述预设挤压力范围内；

在调节了所述焊头的向下行程之后，改变所述挤压力测量底砧的位置和焊接底砧的位置并且将所述焊接底砧定位在所述焊头的下方，焊接目标构件被置放并支撑在所述焊接底砧上；以及

以所调节的向下行程移动所述焊头，并且对所述焊接底砧上的所述焊接目标构件进行超声波焊接。

14.根据权利要求13所述的超声波焊接方法，其中，当所述焊头挤压所述挤压力测量底砧时，超声波振动不被施加到所述焊头。

15.根据权利要求13所述的超声波焊接方法，其中：

重复地调节所述焊头的向下行程，直至所述焊头的所述测量挤压力变为预设最佳挤压力；并且

所述焊头以对应于所述最佳挤压力的向下行程向下移动到所述焊接底砧，并且对所述焊接目标构件进行焊接。

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