CN202668988U - 用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统。其中，焊接机包括：机架；振动头，其安装在机架上；第一模具，其安装到振动头，用于放置第一工件；升降台，其通过导柱连接到机架；以及第二模具，其安装到升降台，用于放置第二工件，该系统包括：上位机；下位机，其与上位机进行通信；以及第一执行机构，其由下位机控制，用于驱动第一和第二模具，其特征在于，焊接机还包括：加热装置，其安装到升降台或第二模具，用于在对第一和第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，对第一和第二工件进行加热，并且该系统还包括：电源装置，其与上位机进行通信，用于控制加热装置的加热；以及第二执行机构，其由下位机控制，用于驱动加热装置。

Description

用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统

技术领域

本实用新型涉及振动摩擦焊接机的领域，具体地涉及一种用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统。 

背景技术

塑料焊接是指两块分子结构相同或相近的热塑型塑料通过高温熔化再迅速冷却凝固，而使表面连接成一体的焊接方法。产生高温的方法有很多种，如振动摩擦、超声波、激光或加热板。 

现有技术的塑料焊接方式主要有振动摩擦焊接与热板焊接。摩擦焊接主要是两个塑料件分别放置在上、下两个模具中，在高压夹紧贴和的状态下，一个工件固定不动，另一个工件有振动头驱动，产生高频的相对移动。两个塑料件在摩擦中生热，并在高压熔融状态下连接在一起，然后停止振动，冷却凝固，完成焊接。热板焊接则更简单，使用一块持续加热的金属板，上下各覆一块露出焊接筋位置的隔热板，给上下两个焊接件加热，直至熔融状态，然后在高压贴和状态下完成焊接。 

对于现有的机器控制方式，不论是普通的摩擦焊接机，还是热板机，在焊接过程中，整个焊接面的焊接时间与焊接强度总是完全一样的。 

对于普通的摩擦焊接机，塑料不是在熔融状态下开始焊接的，早期的摩擦过程不可避免的产生很多的废絮与焊渣，影响产品的外观，甚至会影响产品质量。需另外增加额外的清洁工序。对一些高强度的塑料，焊接的强度也无法满足要求。对于热板焊接，整个焊接过程时间长，且加热整块金属板的保温能耗太高，机器长时间的运行会使周围环境温度快速上升，不利于操作员工作。 

因此，希望提供一种振动摩擦焊接机及其控制系统，其能够提高焊接质量和外观质量，并且能够实现清洁焊接。 

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图用来确定本实用新型的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本实用新型的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。 

鉴于现有技术的上述情形，本实用新型的目的是提供一种用于控制振动摩擦焊接机的系统，其能够克服上述现有技术的缺点和不足，提高焊接质量和外观质量，并且能够实现清洁焊接。 

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种用于控制振动摩擦焊接机的系统，所述振动摩擦焊接机包括：机架；振动头，其安装在所述机架上，用于产生振动；第一模具，其安装到所述振动头，用于放置第一工件；升降台，其通过导柱连接到所述机架；以及第二模具，其安装到所述升降台，用于放置第二工件，所述系统包括：上位机；下位机，其与所述上位机进行通信；以及第一执行机构，其由所述下位机控制，用于驱动所述第一模具和所述第二模具，其特征在于，所述振动摩擦焊接机进一步包括：加热装置，其安装到所述升降台或所述第二模具，用于在对所述第一工件和所述第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，对所述第一工件和所述第二工件进行加热，并且所述系统进一步包括：电源装置，其与所述上位机进行通信，用于控制所述加热装置的加热；以及第二执行机构，其由所述下位机控制，用于驱动所述加热装置。 

优选地，加热装置可以包括：至少一个加热单元，其由电源装置控制，用于加热第一工件和第二工件；以及驱动单元，其由第二执行机构控制，用于驱动加热单元在用于进行加热的第一位置和不同于第一位置的第二位置之间移动。 

优选地，加热单元为红外线加热单元。 

优选地，上位机可以包括：整体设定单元，其与电源装置通信，以设定加热装置的预加热时间，并且与下位机通信，以设定第二执行机构。 

优选地，上位机可以包括：单体设定单元，其与电源装置通信，以设定加热装置中包括的至少一个加热单元中的每一个的工作参数。 

优选地，上位机可以包括：安全互锁单元，其与下位机通信，以设定第一执行机构和第二执行机构的执行顺序。 

优选地，电源装置的输出电压为0到48伏特，并且输出电流为0至40安培。 

更优选地，电源装置的输出电压为15至35伏特，并且输出电流为10至30安培。 

优选地，在对第一工件和第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，加热装置对第一工件和第二工件加热1到30秒钟。 

更优选地，在对第一工件和第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，加热装置对第一工件和第二工件加热5到15秒钟。 

优选地，第一工件和第二工件为热塑性塑料件。 

在本实用新型的上述技术方案中，预先加热塑料产品中需焊接的部位，使其软化并易于焊接，再用普通振动摩擦焊接机对焊接部位进行焊接。针对高强度塑料件焊接时，可以实现焊接强度高和焊缝强度均匀的优点。针对清洁焊接时，可实现无废絮或杂质产生，可以降低焊接功率和能源消耗，并且减少生产工时。 

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的详细描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并形成说明书的一部分，用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中： 

图1是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统控制的振动摩擦焊接机的立体图； 

图2是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统控制的振动摩擦焊接机的一种工作状态的截面图； 

图3是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统控制的振动摩擦焊接机的另一种工作状态的截面图；以及 

图4是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统的框图。 

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见 而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其它元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。 

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。 

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其它细节。 

在根据本实用新型的实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统中，所述振动摩擦焊接机可以包括：机架；振动头，其安装在所述机架上，用于产生振动；第一模具，其安装到所述振动头，用于放置第一工件；升降台，其通过导柱连接到所述机架；以及第二模具，其安装到所述升降台，用于放置第二工件，所述系统可以包括：上位机；下位机，其与所述上位机进行通信；以及第一执行机构，其与所述下位机进行通信，用于驱动所述第一模具和所述第二模具，其特征在于，所述振动摩擦焊接机进一步包括：加热装置，其安装到所述升降台或所述第二模具，用于在对所述第一工件和所述第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，对所述第一工件和所述第二工件进行加热，并且所述系统进一步包括：电源装置，其与所述上位机进行通信，用于控制所述加热装置的加热；以及第二执行机构，其与所述下位机进行通信，用于驱动所述加热装置。 

下面，首先参照附图来详细描述根据本实用新型的实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统控制的振动摩擦焊接机。 

图1是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统控制的振动摩擦焊接机的立体图。 

如图1所示，根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系 统控制的振动摩擦焊接机可以包括机架5、振动头1、上模具（第一模具）2、升降台4、下模具（第二模具）3以及加热装置。 

具体地，振动头1可以安装在机架5上，用于产生振动。例如，振动头1可以产生左右方向的谐波振动。上模具2安装到振动头1，具体地可以安装到振动头1的下面。在图1中进行了部分剖切处理，以示出安装在振动头1下面的上模具2。上模具2用于放置上工件（第一工件）。当振动头1进行左右方向的谐波振动时，可以带动上模具2及其上面的上工件一起振动。 

升降台4通过导柱10连接到机架5。由此，可以实现升降台4沿着导柱10进行上下方向的直线运动。下模具3安装到升降台4，用于放置下工件（第二工件）。当升降台4沿着导柱10上下移动时，可以带动下模具3及其上面的下工件一起移动。 

加热装置可以安装到升降台4或下模具3。在图1以及随后的图2和3中，示出了其中加热装置安装到升降台4的情况。当加热装置安装到下模具3时，可以实现同样的功能。在对上工件和下工件进行振动摩擦焊接操作之前，加热装置可以对上工件和下工件进行加热。图1中的加热装置可以包括加热台托架9、加热台6和轨迹板11。其中，加热台6可以是至少一个加热单元，用于加热上工件和下工件。优选地，加热单元为红外线加热单元。轨迹板11是驱动单元，用于驱动加热单元在用于进行加热的第一位置和不同于第一位置的第二位置之间移动。 

具体地，加热台托架9可以固定到升降台4。轨迹板11可以设置在加热台托架9上。通过轨迹板11，加热台6可以被移动到加热台托架9上（第二位置）或下模具3上（第一位置）。加热台6可以加热上模具2中的上工件和下模具3中的下工件。优选地，上工件和下工件可以为热塑性塑料件。 

由于加热台托架9固定在升降台4上，所以可实现加热台托架9与升降台4的同步上升或下降。加热台6通过轨迹板11实现与上模具2和下模具3的前后及上下的相对运动。 

根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统例如可以通过设置在加热台托架9上的电气接线盒7和液压与气动组件8来控制加热台6的加热和移动，进而还可以控制振动头1的振动和升降台4的移动。亦即，加热台托架9上安装的电气接线盒7和液压与气动组件8，为上模 具2、下模具3和加热台6提供电源、控制信号、液压动力、气源等，并且可以提供加热塑料件的热能。 

下面说明如图1所示的振动摩擦焊接机的基本工作顺序。 

（1）在开始状态，升降台4位于机器的起始位置，即原点位置。加热台6位于加热台托架9上方。此时，分别将需要焊接的上工件和下工件放置在上模具2和下模具3上。 

图2是图示振动摩擦焊接机的上述工作状态的截面图。如图2所示，在将上工件放置到上模具2中和将下工件放置到下模具3中之前，加热台6位于加热台托架9上。因此，加热装置不会对工件的放置造成干扰。 

（2）接下来，按动机器启动按钮，使加热台6通过轨迹板11移动到上模具2和下模具3之间。 

图3是图示振动摩擦焊接机的上述工作状态的截面图。如图3所示，在将上工件放置到上模具2中和将下工件放置到下模具3中之后，加热台6被移动到下模具3上，从而处于上模具2和下模具3之间。 

（3）接下来，升降台4沿着导柱10上升到加热位置，以使加热台6对上模具2中的上工件和下模具3中的下工件同时进行预先加热。当加热台6对上工件和下工件进行加热时，加热台6位于上模具2和下模具3之间的中间位置。这样可以对上工件和下工件同时均匀加热。 

优选地，在对上工件和下工件进行振动摩擦焊接操作之前，加热台对上工件和下工件加热1到30秒钟，更优选地加热5到15秒钟。 

（4）接下来，升降台4沿着导柱10下降到原点位置之后，加热台6通过轨迹板11返回到加热台托架9上方。此时可参见如图2所示的工作状态。 

（5）接下来，升降台4沿着导柱10上升到焊接位置，使上下工件同时接触后，振动头1产生左右方向的谐波振动，以实现对上下工件的焊接。 

（6）最后，在焊接结束后，升降台4下降到机器的原点位置，以取出焊接的工件。 

上面描述的振动摩擦焊接机的基本工作顺序可以由根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统来控制。下面参考图4来详细地描述该系统。 

图4是图示根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系 统的框图。 

如图4所示，根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统可以包括上位机100、下位机110、执行机构120（第一执行机构）、执行机构140（第二执行机构）和红外发生器电源（电源装置）160。 

具体地，上位机100配有不间断电源（UPS），并在Windows XP系统里安装了组态软件的工控机。通过工控机，可以实现多个功能如多语言切换，参数设定、保存与读取，数据信息处理及反馈，无限制的历史记录，远程维护，多方式的可扩展连接等等。 

下位机110可以通过Profibus总线与上位机100进行数据交换（亦即进行通信，下同）。下位机110可以是多个通过现场总线进行通信的可编程逻辑控制器（PLC）从站。 

执行机构120可以由下位机110控制，以驱动振动摩擦焊接机中的上下模具180（例如图1-3中的上模具2和下模具3）。 

红外发生器电源160可以与上位机100进行通信，以控制振动摩擦焊接机中的加热装置170的加热。在图4中，上位机100通过Profibus总线与通信协议转换器150进行数据交换。通信协议转换器150可以在Profibus协议和Canbus协议之间进行转换。进一步，通信协议转换器150通过Canbus总线与红外发生器电源160进行数据交换。这样的常用的profibus总线与Canbus总线的使用，使整个机器的电线电缆数量大大减少。从而在降低了线路成本并简化了线路布置的同时，也减少了数据出错几率。 

进而，红外发生器电源160可以控制加热装置170中的红外发生器171（加热单元），以加热上下模具180中的上工件和下工件。红外发生器电源160的交流输入电压可以是175V到275V。优选地，红外发生器电源160的输出电压为0到48V，并且输出电流为0到40A。更优选地，红外发生器电源160的输出电压为15到35V，并且输出电流为10到30A。 

红外发生器电源160的输出可以控制加热装置170中的红外发生器171，使其发出红外光，用于加热焊接塑料件。红外发生器电源160本身具有多种保护功能，如输入过/欠电压保护、输出过电压保护、输出过电流保护、整流器故障保护、高温保护、散热风扇停止工作保护以及通信故障保护等。 

执行机构140可以由下位机110控制，以驱动振动摩擦焊接机中的加 热装置170。具体地，执行机构140可以控制加热装置170中的驱动单元172（例如图1-3中的轨迹板11），以驱动红外发生器171在用于进行加热的第一位置和不同于第一位置的第二位置之间移动。 

另外，根据本实用新型实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统还可以包括执行机构130，其由下位机110控制，用于执行振动摩擦焊接机的其它功能。由于该执行机构与本实用新型涉及的加热装置不相关，在此不再赘述。 

优选地，上位机100可以包括整体设定单元。该整体设定单元可以与红外发生器电源160通信，以设定加热装置170的预加热时间，并且可以与下位机110通信，以定义执行机构140。预加热时间是进行预加热过程所需的时间。预加热过程是指刚开机时，红外加热单元温度与室温相同，为了能快速达到保温温度而进行的加热过程。另外，根据应用的不同，振动摩擦焊接机上可能不止一个功能执行机构。但是，只有一个执行机构能驱动红外加热单元移动，而这个机构在焊接模具中是最重要的，需要通过整体设定单元来专门定义。 

优选地，上位机100还可以包括单体设定单元。该单体设定单元可以与红外发生器电源160通信，以设定加热装置170中包括的至少一个加热单元（红外发生器171）中的每一个的工作参数。根据不同的应用，每付模具上配有不同数量的加热单元。而且要求不同，每个加热单元的工作的电流、电压设置也不同，并且满负荷加热的时间也不一样。同时，线路长度的不同也就意味着线路的压降损耗的不同。客户还能自行设定红外加热单元不工作时的保温功率。而这些参数都可以通过单体设定单元进行参数设定。 

优选地，上位机100还可以包括安全互锁单元。该安全互锁单元可以与下位机110通信，以设定执行机构120和执行机构140的执行顺序。一些焊接模具动作比较复杂，可能会装有多个的功能执行机构（如执行机构120和执行机构140），而且动作环环相扣。为了保证各功能执行机构能安全有效地工作，可以通过安全互锁单元设定红外驱动机构（如执行机构140）与其它各功能的动作条件（亦即执行顺序）。通过这些设置，能在任何场合下保证各执行机构安全顺利地运行而不发生碰撞、干涉等意外事故。 

根据本实用新型的实施例的用于控制振动摩擦焊接机的系统，可以提供具有加热功能的摩擦焊接机的控制方式。在这种控制方式下，焊接的质 量得以提高，并且实现了清洁焊接。同时，又减少了能耗，并且降低了生产成本。而工控机的使用，极大地增强了机器的功能，从而满足了客户的要求。 

以上虽然结合附图详细描述了本实用新型的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本实用新型，而并不构成对本实用新型的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本实用新型的实质和范围。因此，本实用新型的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。 

Claims (11)

1.一种用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，

所述振动摩擦焊接机包括：

机架；

振动头，其安装在所述机架上，用于产生振动；

第一模具，其安装到所述振动头，用于放置第一工件；

升降台，其通过导柱连接到所述机架；以及

第二模具，其安装到所述升降台，用于放置第二工件，

所述系统包括：

上位机；

下位机，其与所述上位机进行通信；以及

第一执行机构，其由所述下位机控制，用于驱动所述第一模具和所述第二模具，

其特征在于，所述振动摩擦焊接机进一步包括：

加热装置，其安装到所述升降台或所述第二模具，用于在对所述第一工件和所述第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，对所述第一工件和所述第二工件进行加热，并且

所述系统进一步包括：

电源装置，其与所述上位机进行通信，用于控制所述加热装置的加热；以及

第二执行机构，其由所述下位机控制，用于驱动所述加热装置。

2.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述加热装置包括：

至少一个加热单元，其由所述电源装置控制，用于加热所述第一工件和所述第二工件；以及

驱动单元，其由所述第二执行机构控制，用于驱动所述加热单元在用于进行加热的第一位置和不同于所述第一位置的第二位置之间移动。

3.根据权利要求2所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机 的系统，其中，所述加热单元为红外线加热单元。

4.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述上位机包括：

整体设定单元，其与所述电源装置通信，以设定所述加热装置的预加热时间，并且与所述下位机通信，以设定所述第二执行机构。

5.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述上位机包括：

单体设定单元，其与所述电源装置通信，以设定所述加热装置中包括的至少一个加热单元中的每一个的工作参数。

6.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述上位机包括：

安全互锁单元，其与所述下位机通信，以设定所述第一执行机构和所述第二执行机构的执行顺序。

7.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述电源装置的输出电压为0到48伏特，并且输出电流为0至40安培。

8.根据权利要求7所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述电源装置的输出电压为15至35伏特，并且输出电流为10至30安培。

9.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，在对所述第一工件和所述第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，所述加热装置对所述第一工件和所述第二工件加热1到30秒钟。

10.根据权利要求9所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，在对所述第一工件和所述第二工件进行振动摩擦焊接操作之前，所述加热装置对所述第一工件和所述第二工件加热5到15秒钟。

11.根据权利要求1所述的用于控制具有加热装置的振动摩擦焊接机的系统，其中，所述第一工件和所述第二工件为热塑性塑料件。 

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