CN117047254B - 一种超声波焊接的控制方法及装置 - Google Patents
一种超声波焊接的控制方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117047254B CN117047254B CN202311320290.3A CN202311320290A CN117047254B CN 117047254 B CN117047254 B CN 117047254B CN 202311320290 A CN202311320290 A CN 202311320290A CN 117047254 B CN117047254 B CN 117047254B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- ultrasonic welding
- ultrasonic
- preset
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 298
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 53
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 38
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 15
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 14
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000011418 maintenance treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012567 pattern recognition method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/26—Auxiliary equipment
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供了一种超声波焊接的控制方法及装置，本发明应用于超声波焊接设备，方法包括基于预设的第一时间值定时检测超声波焊接设备焊接参数的误差值，记录误差数据，并对超声波焊接设备的焊接参数进行校准，在已记录的误差数据达到预设数量后，基于所有误差数据确定超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值，基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。本方案通过定时检测误差值能够及时发现和纠正问题，在校准超声波焊接设备的焊接参数的同时通过记录数据优化定时时间，提升了设备的一致性和稳定性，能够保证超声波焊接设备的焊接更加稳定、可靠。
Description
技术领域
本发明属于超声波焊接技术领域，具体涉及一种超声波焊接的控制方法及装置。
背景技术
超声波焊接技术是一种利用机械振动产生的高频超声波能量来实现材料焊接的先进技术。它是一种非常有效的焊接方法，其原理是利用压电陶瓷换能器将电能转化为机械振动能量，并通过焊接夹具传导给工件，使工件产生微小的振动。当工件接触到焊接面时，由于振动的高频率、低振幅和局部热量的集中作用，使得工件上的分子运动加剧，从而产生摩擦热，随后工件表面的温度升高，达到材料的熔点或者软化温度，使工件表面形成熔融状态。
在材料表面形成熔融状态后，停止振动，保持一定的时间使其冷却凝固，形成牢固的焊缝，超声波焊接技术具有焊接速度快、热影响区域小、焊缝强度高等优点，它可以用于焊接纺织品、塑料制品、金属制品等不同类型的工件，目前已经广泛应用于汽车、电子、医疗器械、家电等领域。
然而，传统的超声波焊接技术在应用过程中存在一些问题，随着焊接的不断进行，焊接质量不稳定。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种超声波焊接的控制方法及装置，用以克服现有技术的缺陷。
本发明实施例提出了一种超声波焊接的控制方法，所述方法应用于超声波焊接设备，包括：
基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值；
若误差值超过预设误差阈值；基于所述误差值对所述超声波焊接设备的所述焊接参数进行校准；
基于校准后的所述焊接参数启动所述超声波焊接设备对所述织物进行焊接操作；
在已记录的误差数据达到预设数量后，基于已记录的所有误差数据的变化趋势预估所述超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值；并基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
在一个具体的实施例中，还包括：
针对同一类型的所述织物，对所述焊接设备焊接所述织物的热力过程进行数字模拟，生成模拟模型；
基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
在一个具体的实施例中，所述模型包括：粘弹性变形模型和导热模型；
所述粘弹性变形模型通过以下公式表示：
其中，i、j 为坐标分量;sij为偏应力; σm为球应力;eij为偏应变;
εm为球应变; δij为 Kronecker 符号;T 为温度；Ω 为织物的分析区域;hΓ为Ω的边界 Γ 上的作用力；Gr为剪切松弛模量、K为体积模量；δui为虚位移增量; δεij为应变增量;εth= αΔT； εth为热应变， 其中，α为热膨胀系数， ΔT为温度变化；t'为时间微分；t为时间；n为t 的时刻；τ为导热系数；r为麦克斯韦模型的分量数；
；/>为粘弹性时温等效原理的时间尺度，/>为平移因子，θr为松弛时间；
所述导热模型通过以下公式表示：
其中，Xi( i = 1， 2， 3)；Xi为坐标分量； w 为权函数; e 为待分析区域的网格单元; Ωe为网格单元区域; τGGLS为稳定因子；ρ 为密度; CV为比热容; k 为导热系数；为粘弹性热; q 为 Γ2 边界热流量；h 为超声波焊接设备上焊接件与空气接触面 Γ3 的热对流系数; Tb为空气温度; ni为边界外法矢量。
在一个具体的实施例中，还包括：
针对同一类型的所述织物，检测所述焊接设备焊接所述织物过程中的预设参数以及最终的焊接结果；
基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证；
若验证通过后，则将所述模拟模型作为验证通过后的模拟模型；
若验证不通过，则对所述模拟模型进行调整，并执行“基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证”的操作；
所述“基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数”，包括：
基于验证通过后的所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
在一个具体的实施例中，还包括：
判断前一所述第一时间值内是否存在造成所述焊接参数出现误差的外因；
若不存在造成所述焊接参数出现误差的外因，记录此次的误差数据；若存在造成所述焊接参数出现误差的外因，剔除此次的误差数据，并将所述外因进行上报。
在一个具体的实施例中，不同的所述织物预设对应有各自的焊接参数、第一时间值及误差阈值；所述方法还包括：
确定焊接的材料的类型；基于所述织物的类型确定所述超声波焊接设备的所述焊接参数、所述第一时间值、所述误差阈值。
在一个具体的实施例中，检测焊接的材料的类型的方式包括光谱分析、声学分析、图像处理和计算机视觉技术分析。
在一个具体的实施例中，还包括：
统计第二时间值的变化趋势；
若所述第二时间值的变化趋势不符合预设条件，则进行报警，并锁定所述超声波焊接设备，使所述超声波焊接设备无法工作；
若所述第二时间值的变化趋势符合预设条件，且所述第二时间值小于预设值，则生成所述超声波焊接设备的维护提示。
在一个具体的实施例中，所述超声波焊接设备包括多个超声探头，所述方法还包括：
检测处于工作状态的第一超声探头的持续使用时间内，总焊接功耗是否超出预设的功耗阈值；
若超出，查找符合工作条件的第二超声探头，停止所述第一超声探头工作，使所述第二超声探头替代所述第一超声探头进行焊接。
本发明实施例还提出了一种超声波焊接的控制装置，应用于超声波焊接设备，该装置包括：
检测模块，用于基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值；
校准模块，用于若误差值超过预设误差阈值；基于所述误差值对所述超声波焊接设备的所述焊接参数进行校准；
焊接模块，用于基于校准后的所述焊接参数启动所述超声波焊接设备对所述织物进行焊接操作；
预估模块，用于在已记录的误差数据达到预设数量后，基于已记录的所有误差数据的变化趋势预估所述超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值；并基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明提出的方案基于预设的时间值定时检测焊接参数的误差值，记录误差数据并进行校准，使焊接过程可以实现自动化的调节，减少了人工干预的需求，提高了生产效率，降低了操作的复杂性，同时保证了焊接质量的一致性和稳定性，优化了产品的质量可靠性；
进一步地，本方案通过排除外因更准确地记录焊接参数的真实误差情况，提高数据的可靠性，并且将环境因素纳入考虑，消除环境因素对焊接过程和参数的影响，有助于提高焊接质量的一致性和稳定性，方案还能根据不同材料的特性进行针对性优化，提高焊接质量和效率，通过对探头的保护，在延长设备使用寿命的同时能够保证焊接过程连续稳定。
以此，本发明提出了一种超声波焊接的控制方法及装置，本方案能够定时检测超声波焊接设备焊接参数的误差值，从而及时发现和纠正问题，在校准超声波焊接设备的焊接参数的同时通过记录数据优化定时时间，提升了设备的一致性和稳定性，能够保证超声波焊接设备的焊接更加稳定、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的超声波焊接的控制方法的整体流程示意图；
图2为记录误差数据的流程示意图；
图3为调整环境数据的流程示意图；
图4为调整预设数据的流程示意图；
图5为保护超声探头方法的流程示意图；
图6为实施例2提供的超声波焊接的控制装置的模块结构示意图；
图7为实施例1或2提供的超声波焊接设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本实施例提供了一种超声波焊接的控制方法，应用于如图7所示的超声波焊接设备，参见图1，所述方法包括：
S100：基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值.
本实施例中，焊接参数包括超声波焊接设备的焊接频率、焊接功率和焊接束径。
需要说明的是，束径是指在超声波缝合中由超声波振动产生的能量聚焦后形成的锥形区域的直径，若该区域内的超声波能量密度较高，则可以加速材料的熔融和缝合过程，束径大小通常与超声波传播的频率和振幅有关，一般而言，频率越高、振幅越大则束径越小；
适当的束径大小对超声波缝合工艺相当关键，如果束径过小，则可能会导致超声波焊接头容易烧穿或者对材料产生太强的热影响；而如果束径过大，则超声波能量分布不均，难以在材料局部形成充分的熔合，从而影响缝合质量。
S200：记录误差数据，若误差值超过预设误差阈值，对超声波焊接设备的焊接参数进行校准。
S300：在已记录的误差数据达到预设数量后，基于所有误差数据确定超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值。
S400：基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
由此，本实施例提出的方法能够定时检测超声波焊接设备焊接参数的误差值，从而及时发现和纠正问题，在校准超声波焊接设备的焊接参数的同时通过记录数据优化定时时间，提升了设备的一致性和稳定性，能够保证超声波焊接设备的焊接更加稳定、可靠。
进一步的，针对同一类型的所述织物，对所述焊接设备焊接所述织物的热力过程进行数字模拟，生成模拟模型；
基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
具体的，不同的织物类型，例如棉、麻等不同的类型，可以事先进行模拟，确定各种织物对应的模拟模型，基于模拟模型来确定正确的焊接参数。而焊接最直接的体现到织物上的特征是力学特征以及热量传导特征，基于这两模型，可以对应的反推出实际焊接设备输出的焊接参数。
而具体的，所述模型包括：粘弹性变形模型和导热模型；
所述粘弹性变形模型通过以下公式表示：
其中，i、j 为坐标分量;sij为偏应力; σm为球应力;eij为偏应变;
εm为球应变; δij为 Kronecker 符号;T 为温度；Ω 为织物的分析区域;hΓ为Ω的边界 Γ 上的作用力；Gr为剪切松弛模量、K为体积模量；δui为虚位移增量; δεij为应变增量;εth= αΔT； εth为热应变， 其中，α为热膨胀系数， ΔT为温度变化；t'为时间微分；t为时间；n为t 的时刻；τ为导热系数；r为麦克斯韦模型的分量数；
；/>为粘弹性时温等效原理的时间尺度，/>为平移因子，θr为松弛时间；
所述导热模型通过以下公式表示：
其中，Xi( i = 1， 2， 3)；Xi为坐标分量； w 为权函数; e 为待分析区域的网格单元; Ωe为网格单元区域; τGGLS为稳定因子；ρ 为密度; CV为比热容; k 为导热系数；为粘弹性热; q 为 Γ2 边界热流量；h 为超声波焊接设备上焊接件与空气接触面 Γ3 的热对流系数; Tb为空气温度; ni为边界外法矢量。
此外，具体的，经过研究发现，对于导热系数较小的材料， τGGLS＞ 0， 但当材料的热扩散系数较大时， β ＜ 1， τGGLS= 0。
此外，进一步的，为了保证模拟模型的准确性，该方法还包括：
针对同一类型的所述织物，检测所述焊接设备焊接所述织物过程中的预设参数以及最终的焊接结果；
基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证；
若验证通过后，则将所述模拟模型作为验证通过后的模拟模型；
若验证不通过，则对所述模拟模型进行调整，并执行“基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证”的操作；
由此，所述“基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数”，包括：基于验证通过后的所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
优选地，参见图2，步骤S200中所述的“记录误差数据”包括：
S210：判断前一第一时间值内是否存在造成焊接参数出现误差的外因。
若不存在，执行步骤S220；若存在，执行步骤S230。
S220：记录此次误差数据。
S230：剔除此次误差数据，并将所述外因进行上报。
通过上述步骤，本实施例提出的方法可以有效排除数据中因人为损坏等外因导致超声波焊接设备的焊接参数出现误差的部分，更加全面地考虑了超声波焊接设备输出功率校准过程中可能存在的外部因素和误差值数据的记录需求，从而提高了记录的误差值数据的准确性和可追溯性。
需要说明的是，超声波缝纫技术对于环境因素的敏感度较高，温度、湿度等环境因素均有可能影响到超声波焊接设备的缝合质量和效果，优选地，步骤S200中记录的数据还包括环境数据，环境数据包括但不限于温度数据、湿度数据、声音分贝数据和气压数据。参见图1，本实施例提出的超声波焊接的控制方法还包括：
S510：基于预设的第三时间值定时检测并记录各类环境数据。
S520：若存在超出预设范围的环境数据，将对应的环境数据调整为预设值。
在一个具体实施例中，环境数据中预设的温度范围为20℃-30℃且预设温度值为26℃，若检测到环境温度低于20℃或高于30℃，相应提升或降低环境温度，直至环境温度达到26℃。
为更加精确地检测环境数据对超声波焊接设备的影响，第三时间值应当设置为较短的时限，当第一误差值不大于预设的第二误差值时，第一时间值及在本方案步骤中确定的第二时间值也相应为较短的时限，此时可设置第三时间值的数值与第一时间值相等。
在一个具体实施例中，第二误差值可通过预设误差比例来确定，通过预设误差比例可以灵活适配不同的焊接参数，不需要用户在每次变换焊接参数时进行相应的调整。示例性地，将误差比例设置为2%时，若本次工作中超声波焊接设备的焊接功率为500W，则在第一误差值中焊接功率的误差值不大于10W时，可以设置第三时间值的数值与第一时间值相等。
同样需要说明的是，超声波缝纫技术对于某些材料的适应性相对较差，特别是柔软、弹性或厚度较大的材料，在这些材料上，超声波缝纫可能会导致不良的缝合效果或破坏材料，也会影响到超声波缝纫技术的缝合强度，导致品质不一致或无法满足特定要求。此外，材料特性也可能使超声波缝纫时能量传输不均匀，导致部分区域的缝合效果较差。本实施例中，对应各种材料相应预设了不同的参数，具体的，例如不同的所述织物预设对应有各自的焊接参数、第一时间值及误差阈值；由此，该方法还包括：确定焊接的材料的类型；基于所述织物的类型确定所述超声波焊接设备的所述焊接参数、所述第一时间值、所述误差阈值。
参见图4，超声波焊接的控制方法还包括：
S610：检测焊接的材料的类型。
具体地，步骤S610可以通过光谱分析、声学分析或图像处理和计算机视觉技术分析实现，其中，光谱分析基于不同材质在光谱波段上的吸收和反射特性来进行识别和分类，通过使用光谱仪或近红外传感器等设备，可以检测缝纫材料的吸收和反射光谱，识别不同材质的特征；
声学分析利用材料的声学特性来区分不同材质，通过发射超声波或其他声波，并测量其在材料上的传播和反射情况，可以分析材料的声学响应，进而判断材质的差异；
图像处理和计算机视觉技术分析则是通过图像处理和模式识别的方法来检测和分类不同的缝纫材料，通过获取材料的图像或纹理特征，并使用机器学习算法训练模型以进行分类，最终实现对材料类型的自动检测。
S620：基于该材料的类型确定超声波焊接设备的焊接参数、第一时间值、第一误差值、各类环境数据的预设范围和预设值。
示例性地，若步骤S610中检测到材料的类型是塑料，则将超声波焊接设备的焊接频率设置为25kHz，焊接功率设置为500W，焊接束径设置为1mm，预设温度范围为20℃-50℃且预设温度值为30℃；
若步骤S610中检测到材料的类型是皮革，则将超声波焊接设备的焊接频率设置为20kHz，焊接功率设置为500W，焊接束径设置为2mm，预设温度范围为25℃-35℃且预设温度值为30℃，预设湿度范围为40%-70%且预设湿度值为50%。
此外，在一个具体的实施例中，该方法还包括：
统计第二时间值的变化趋势；
若所述第二时间值的变化趋势不符合预设条件，则进行报警，并锁定所述超声波焊接设备，使所述超声波焊接设备无法工作；
若所述第二时间值的变化趋势符合预设条件，且所述第二时间值小于预设值，则生成所述超声波焊接设备的维护提示。
具体的，第二时间值应该有一个正常的变化趋势，根据设备使用越来越长，其磨损越来越多，变化趋势例如时间越变越短，在此情况下，可以判断第二时间值的变化趋势，如果不符合预设条件，则可以直接报警，且停止该焊接设备工作。而当第二时间值短到一定时限，则说明需要维护或报废了，适合工作了，需要维护或其他养护处理。
本实施例中，超声波焊接设备包括多个超声探头，为了防止任一超声探头因长时间的高功率使用而受到损伤，参见图5，本实施例提出的超声波焊接的控制方法还包括：
S710：检测处于工作状态的第一超声探头的持续使用时间内，总焊接功率是否超出预设的第三功率值。
若第一超声探头的总焊接功率超出第三功率值，执行步骤S720。
S720：查找符合工作条件的第二超声探头，停止第一超声探头的工作状态，使第二超声探头替代第一超声探头进行焊接。
本实施例中，若任一超声探头能够正常使用且处于未工作状态，同时处于未工作状态的时间超出预设的第四时间值，则判断该超声探头符合工作条件。
类似地，在检测到第一超声探头出现故障时，同样可以执行步骤S720以保证焊接过程的连续性和稳定性，有效避免生产效率因受到影响而降低的情况发生。
实施例2
参见图6，本实施例提出了一种超声波焊接的控制装置，用于实现实施例1提出的超声波焊接的控制方法，所述装置包括：
检测模块10，用于基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值；校准模块，用于若误差值超过预设误差阈值；基于所述误差值对所述超声波焊接设备的所述焊接参数进行校准；
焊接操作20，用于基于校准后的所述焊接参数启动所述超声波焊接设备对所述织物进行焊接操作；
预估模块30，用于在已记录的误差数据达到预设数量后，基于已记录的所有误差数据的变化趋势预估所述超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值；
提醒模块40，用于基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
在一个具体的实施例中，还包括：模拟模块50，用于：
针对同一类型的所述织物，对所述焊接设备焊接所述织物的热力过程进行数字模拟，生成模拟模型；
基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
在一个具体的实施例中，所述模型包括：粘弹性变形模型和导热模型；
所述粘弹性变形模型通过以下公式表示：
其中，i、j 为坐标分量;sij为偏应力; σm为球应力;eij为偏应变;
εm为球应变; δij为 Kronecker 符号;T 为温度；Ω 为织物的分析区域;hΓ为Ω的边界 Γ 上的作用力；Gr为剪切松弛模量、K为体积模量；δui为虚位移增量; δεij为应变增量;εth= αΔT； εth为热应变， 其中，α为热膨胀系数， ΔT为温度变化；t'为时间微分；t为时间；n为t 的时刻；τ为导热系数；r为麦克斯韦模型的分量数；
；/>为粘弹性时温等效原理的时间尺度，/>为平移因子，θr为松弛时间；
所述导热模型通过以下公式表示：
其中，Xi( i = 1， 2， 3)；Xi为坐标分量； w 为权函数; e 为待分析区域的网格单元; Ωe为网格单元区域; τGGLS为稳定因子；ρ 为密度; CV为比热容; k 为导热系数；为粘弹性热; q 为 Γ2 边界热流量；h 为超声波焊接设备上焊接件与空气接触面 Γ3 的热对流系数; Tb为空气温度; ni为边界外法矢量。
具体的，根据上述模型并设置不同工艺参数，研究工艺参数对焊接的影响。基本工艺参数为: 焊接压力 p = 12 MPa， 超声波振幅为23μm， 频率为 24000 Hz， 初始温度为80 ℃ ， 环境温度为 25 ℃ ， 对流系数为 6 W·( m2·℃ )－1。当某个工艺参数变化时，其它工艺参数不变的方式进行评估。
具体的检测发现，焊接存在一个临界初始温度， 当初始温度较低时， 焊接件产生的粘弹性热很少， 不足以使焊接件温度明显升高或者升高至熔融温度， 只有超过临界初始温度， 超声波作用下的材料温度才能不断升高以达到熔融连接的目的，通过多次数值模拟可以近似预测该临界初始温度值， 指导超声波焊接工艺设计与优化。具体的，发现临界初始温度应该在 60 以上，此外焊接压力对焊接温度的影响不大， 尽管在初始时刻，焊接压力显著增加了粘弹性偏应力以及粘弹性热， 但随着时间的推移， 焊接压力中的偏应力分量逐渐松弛，从而对超声波振动过程中的偏应力贡献很少， 粘弹性热变化不大， 因此焊接压力主要用来保证超声波振动时焊接之间不发生分离， 提高焊接质量， 但过大的焊接压力会导致塑料局部发生塑性变形。因此不能依靠增加焊接压力来显著增加粘弹性力从而增加粘弹性热和加快温度升高速度。但是增加超声波振幅可以提高振动过程中的粘弹性应力以达到增加粘弹性热和提高温度升高速度和幅度的目的。
最后，增加超声波频率可以提高单位时间内的粘弹性热， 也可以提高焊接件温度升高速度与幅度，超声波频率与振幅对温度升高作用明显。不过当温度升高到一定程度时，焊接件内部的热传导及其与空气的热对流会抑制焊接件温度升高的速度和幅度。当超声波频率与振幅增加时， 对超声波焊接设备和功率的要求会提高。
以上，模拟模型可以很好的体现。
在一个具体的实施例中，还包括：处理模块，用于
针对同一类型的所述织物，检测所述焊接设备焊接所述织物过程中的预设参数以及最终的焊接结果；
基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证；
若验证通过后，则将所述模拟模型作为验证通过后的模拟模型；
若验证不通过，则对所述模拟模型进行调整，并执行“基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证”的操作；
所述“基于所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数”，包括：
基于验证通过后的所述模拟模型确定所述焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
在一个具体的实施例中，还包括：分析模块，用于：
判断前一所述第一时间值内是否存在造成所述焊接参数出现误差的外因；
若不存在造成所述焊接参数出现误差的外因，记录此次的误差数据；若存在造成所述焊接参数出现误差的外因，剔除此次的误差数据，并将所述外因进行上报。
在一个具体的实施例中，不同的所述织物预设对应有各自的焊接参数、第一时间值及误差阈值；还包括：确定模块，用于
确定焊接的材料的类型；基于所述织物的类型确定所述超声波焊接设备的所述焊接参数、所述第一时间值、所述误差阈值。
在一个具体的实施例中，检测焊接的材料的类型的方式包括光谱分析、声学分析、图像处理和计算机视觉技术分析。
在一个具体的实施例中，还包括：统计模块，用于：
统计第二时间值的变化趋势；
若所述第二时间值的变化趋势不符合预设条件，则进行报警，并锁定所述超声波焊接设备，使所述超声波焊接设备无法工作；
若所述第二时间值的变化趋势符合预设条件，且所述第二时间值小于预设值，则生成所述超声波焊接设备的维护提示。
在一个具体的实施例中，所述超声波焊接设备包括多个超声探头，还包括：切换模块，用于:
检测处于工作状态的第一超声探头的持续使用时间内，总焊接功耗是否超出预设的功耗阈值；
若超出，查找符合工作条件的第二超声探头，停止所述第一超声探头工作，使所述第二超声探头替代所述第一超声探头进行焊接。
综上所述，本发明提出了一种超声波焊接的控制方法及装置，本方案能够定时检测超声波焊接设备焊接参数的误差值，从而及时发现和纠正问题，在校准超声波焊接设备的焊接参数的同时通过记录数据优化定时时间，提升了设备的一致性和稳定性，能够保证超声波焊接设备的焊接更加稳定、可靠。
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 (10)
1.一种超声波焊接的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于超声波焊接设备，包括：
基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值；所述焊接参数包括所述超声波焊接设备的焊接频率、焊接功率和焊接束径；
若误差值超过预设误差阈值；基于所述误差值对所述超声波焊接设备的所述焊接参数进行校准；
基于校准后的所述焊接参数启动所述超声波焊接设备对所述织物进行焊接操作；
在已记录的误差数据达到预设数量后，基于已记录的所有误差数据的变化趋势预估所述超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值；
基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
2.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，还包括：
针对同一类型的所述织物，对所述超声波焊接设备焊接所述织物的热力过程进行数字模拟，生成模拟模型；
基于所述模拟模型确定所述超声波焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
3.如权利要求2所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，所述模拟模型包括：粘弹性变形模型和导热模型；
所述粘弹性变形模型通过以下公式表示：
其中，i、j 为坐标分量;sij为偏应力; σm 为球应力;eij为偏应变;
εm 为球应变; δij为 Kronecker 符号;T 为温度；Ω 为织物的分析区域;hΓ为Ω 的边界 Γ 上的作用力；Gr为剪切松弛模量、K为体积模量；δui 为虚位移增量; δεij 为应变增量;εth = αΔT； εth为热应变， 其中，α为热膨胀系数， ΔT为温度变化；t'为时间微分；t为时间；n为t 的时刻；τ为导热系数；r为麦克斯韦模型的分量数；
；/>为粘弹性时温等效原理的时间尺度，/>为平移因子，θr为松弛时间；
所述导热模型通过以下公式表示：
其中，Xi ( i = 1， 2， 3)；Xi为坐标分量； w 为权函数; e 为待分析区域的网格单元;Ωe 为网格单元区域; τGGLS 为稳定因子；ρ 为密度; CV为比热容; k 为导热系数；为粘弹性热; q 为 Γ2 边界热流量；h 为超声波焊接设备上焊接件与空气接触面 Γ3 的热对流系数; Tb为空气温度; ni 为边界外法矢量。
4.根据权利要求2或3所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，还包括：
针对同一类型的所述织物，检测所述超声波焊接设备焊接所述织物过程中的预设参数以及最终的焊接结果；
基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证；
若验证通过后，则将所述模拟模型作为验证通过后的模拟模型；
若验证不通过，则对所述模拟模型进行调整，并执行“基于所述预设参数以及所述焊接结果对所述模拟模型进行验证”的操作；
所述“基于所述模拟模型确定所述超声波焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数”，包括：
基于验证通过后的所述模拟模型确定所述超声波焊接设备正确焊接所述织物的焊接参数。
5.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，还包括：
判断前一所述第一时间值内是否存在造成所述焊接参数出现误差的外因；
若不存在造成所述焊接参数出现误差的外因，记录此次的误差数据；若存在造成所述焊接参数出现误差的外因，剔除此次的误差数据，并将所述外因进行上报。
6.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，不同的所述织物预设对应有各自的焊接参数、第一时间值及误差阈值；所述控制方法还包括：
确定焊接的材料的类型；基于所述织物的类型确定所述超声波焊接设备的所述焊接参数、所述第一时间值、所述误差阈值。
7.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，检测焊接的材料的类型的方式包括光谱分析、声学分析、图像处理和计算机视觉技术分析。
8.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，还包括：
统计第二时间值的变化趋势；
若所述第二时间值的变化趋势不符合预设条件，则进行报警，并锁定所述超声波焊接设备，使所述超声波焊接设备无法工作；
若所述第二时间值的变化趋势符合预设条件，且所述第二时间值小于预设值，则生成所述超声波焊接设备的维护提示。
9.根据权利要求1所述的超声波焊接的控制方法，其特征在于，所述超声波焊接设备包括多个超声探头，所述控制方法还包括：
检测处于工作状态的第一超声探头的持续使用时间内，总焊接功耗是否超出预设的功耗阈值；
若超出，查找符合工作条件的第二超声探头，停止所述第一超声探头工作，使所述第二超声探头替代所述第一超声探头进行焊接。
10.一种超声波焊接的控制装置，其特征在于，应用于超声波焊接设备，该装置包括：
检测模块，用于基于预设的第一时间值定时检测所述超声波焊接设备确定所述超声波焊接设备焊接预设的织物时焊接参数的误差值；
校准模块，用于若误差值超过预设误差阈值；基于所述误差值对所述超声波焊接设备的所述焊接参数进行校准；
焊接模块，用于基于校准后的所述焊接参数启动所述超声波焊接设备对所述织物进行焊接操作；
预估模块，用于在已记录的误差数据达到预设数量后，基于已记录的所有误差数据的变化趋势预估所述超声波焊接设备的焊接参数达到预设的第一误差值的第二时间值；并基于所述第二时间值生成提示信息且当所述第二时间值对应的时间点达到时进行提醒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311320290.3A CN117047254B (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种超声波焊接的控制方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311320290.3A CN117047254B (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种超声波焊接的控制方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117047254A CN117047254A (zh) | 2023-11-14 |
| CN117047254B true CN117047254B (zh) | 2024-01-02 |
Family
ID=88661283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311320290.3A Active CN117047254B (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种超声波焊接的控制方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117047254B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0208310A1 (de) * | 1985-07-12 | 1987-01-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Regeln des Prozessverlaufes und zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweissen von Werkstücken |
| DE102006054760A1 (de) * | 2006-11-14 | 2008-05-15 | Schober Gmbh Werkzeug- Und Maschinenbau | Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn |
| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN111203628A (zh) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 无锡先导智能装备股份有限公司 | 焊接检测方法及焊接设备 |
| CN112427797A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-03-02 | 珠海泰坦新动力电子有限公司 | 焊机可视化调试方法、装置、系统及介质 |
| CN113029933A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-25 | 广东利元亨智能装备股份有限公司 | 焊接质量检测系统及超声波焊接设备、焊接质量检测方法 |
| CN115194359A (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-18 | 必能信超声公司 | 使用分析和算法预测焊缝质量 |
-
2023
- 2023-10-12 CN CN202311320290.3A patent/CN117047254B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0208310A1 (de) * | 1985-07-12 | 1987-01-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Regeln des Prozessverlaufes und zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweissen von Werkstücken |
| DE102006054760A1 (de) * | 2006-11-14 | 2008-05-15 | Schober Gmbh Werkzeug- Und Maschinenbau | Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn |
| CN111203628A (zh) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 无锡先导智能装备股份有限公司 | 焊接检测方法及焊接设备 |
| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN112427797A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-03-02 | 珠海泰坦新动力电子有限公司 | 焊机可视化调试方法、装置、系统及介质 |
| CN113029933A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-25 | 广东利元亨智能装备股份有限公司 | 焊接质量检测系统及超声波焊接设备、焊接质量检测方法 |
| CN115194359A (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-18 | 必能信超声公司 | 使用分析和算法预测焊缝质量 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117047254A (zh) | 2023-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8858742B2 (en) | Automatic monitoring of vibration welding equipment | |
| CN105078198B (zh) | 电烹饪器具及其的防溢出装置和防溢出控制方法 | |
| JP4241818B2 (ja) | 内部検査装置 | |
| TWI432973B (zh) | 管理模組、儲存系統及其溫度與震動管理方法 | |
| CN1956080A (zh) | 磁盘存储装置及其控制方法 | |
| JP6571704B2 (ja) | 診断用データ取得システム、診断用システム、及び診断用データ取得プログラム | |
| US20190271669A1 (en) | Characterization of ultrasonic consolidation bond quality | |
| JP2011253887A (ja) | 電子回路の冷却部の異常検査システム | |
| CN117047254B (zh) | 一种超声波焊接的控制方法及装置 | |
| JP2013184225A (ja) | 抵抗溶接のモニタリング装置及びその方法とシステム | |
| JP2002079439A (ja) | 工作機械の保守管理装置 | |
| US11275005B2 (en) | Fatigue limit stress specification system, fatigue limit stress specification device, and fatigue limit stress specification method | |
| JP5754872B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| KR102433483B1 (ko) | 진동 센서를 통한 설비 예지 보전 시스템 | |
| CN116944717B (zh) | 智能激光刀模自动过热保护的方法及系统 | |
| JP2002361451A (ja) | レーザ加工ヘッドのレンズ配列の劣化およびレーザ加工ヘッドの劣化の程度を測定する方法。 | |
| JP7053357B2 (ja) | 超音波接合装置 | |
| US11953468B2 (en) | Apparatus, method and computer program for detecting defects | |
| JP4097082B2 (ja) | 補強板によって補強されたコンクリートの欠陥検出方法および装置 | |
| JP2006153464A (ja) | センサ性能試験装置 | |
| JP2004301792A (ja) | 構造物の健全度診断システム | |
| JP6805012B2 (ja) | 超音波接合装置及びそのホーン交換報知装置 | |
| JP2021175971A (ja) | 接合継手のキッシングボンドを検出するための装置、システム、及び方法 | |
| JP2010088591A (ja) | 超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置 | |
| KR101710508B1 (ko) | 구조물의 진단 방법 및 진단 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |