CN209191330U - 夹紧机构及焊接机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种夹紧机构及焊接机，其中，该夹紧机构包括：工作台，设置在焊接机的机架上；一个或多个力传感器，设置在工作台上，检测待焊接工件之间的夹紧力；执行机构，与力传感器相连接，推动力传感器和工作台往返运动；运动控制器，根据上述一个或多个力传感器反馈的夹紧力的信号，控制工作台的运动位移，以控制待焊接工件之间的夹紧力的大小，其中，运动控制器根据上述信号控制执行机构来调节工作台的运动位移。本实用新型解决了相关技术中无法实现微小夹紧力进行焊接的问题，从而实现了采用微小夹紧力进行焊接的工艺要求，提高了焊接的质量。

Description

夹紧机构及焊接机

技术领域

本实用新型涉及焊接领域，具体而言，涉及一种夹紧机构及焊接机。

背景技术

激光焊接塑料技术是应用于热塑性塑料焊接的一种技术。其工作原理是： 对于一种波长的激光，它能够透过有些种类的塑料，如果在这些塑料中增加一 些元素，例如碳等，能够使激光不能透过这些塑料，激光的能量被这些材料吸 收。将能够透过这种激光的塑料工件和不能透过这种激光的塑料工件贴合在一 起，从能透过激光的塑料工件一侧照射激光，在两个工件的接触面上，就会产 生热量，熔化接触面，从而将两个工件焊接在一起。

随着科技的发展，在激光塑料焊接领域，焊接的工件的种类不断扩展。工 件的外形越来越小巧，越来越轻薄。为了能够焊接这种轻薄小巧的工件，要求 焊接机能够控制的夹紧力也越来越小，力的控制精度也越来越高。有些焊接工 件要求的夹紧力范围仅为1-10牛顿，精度要求，在1牛顿的力的设定值上，实 际力的偏差要在±10％(即±0.1牛顿)以内。这是以前的塑料焊接机无法实现的 夹紧力控制精度。

相关技术中的激光焊接机，其控制工件上下运动的机架1、升降执行器 2、底座3如附图1所示，其执行器是气缸，气缸的气压通过手动调压阀或比例 调压阀控制，气缸的上下运动逻辑通过电磁换向阀来控制，气动原理图如附图 2所示。气缸输出端一般安装有力传感器，用于检测实际夹紧力。在力传感器 后端，安装有推动上模向下运动的滑块，滑块由导轨导向，图3是相关技术中 气动结构的示意图，如图3所示，包括推动上模的滑块31，其上设置有力传感 器32、推动上模的滑块31与导轨34相连接，力传感器32与气缸35相连接。

如上所述的气缸方案，夹紧力的控制是由气压控制的，由于气缸内部有固 有的滑动摩擦阻力，另外，在推动滑块向下运动时，需要克服导轨和滑块之间 的摩擦力，因此，气压必须调节至大于气缸摩擦力加上导轨摩擦力，气缸才能 推出。由于摩擦力是非线性的，静摩擦力较大，动摩擦力较小，因此初始推力 必然大于静摩擦力，最后合模时，夹紧力无法控制得很小，一般最小也要几十 牛顿，由于摩擦力会受温度等影响，因此夹紧力的控制精度也不会太好。采用 相关技术中的方案，无法用于微小塑料件的焊接，因为这些小的塑料件，夹紧 力稍大就会变形或压坏。

针对相关技术中的无法实现微小夹紧力进行焊接问题，目前尚未提出有效 的解决方案。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的一个实施方式提供一种夹紧机构及焊接 机。

一方面，提供了一种夹紧机构，位于焊接机，包括：

工作台，设置在所述焊接机的机架上；

一个或多个力传感器，设置在所述工作台上，检测待焊接工件之间的夹紧 力；

执行机构，与所述力传感器相连接，推动所述力传感器和所述工作台往返 运动；

运动控制器，根据所述一个或多个力传感器反馈的所述夹紧力的信号，控 制所述工作台的运动位移，以控制所述待焊接工件之间的夹紧力的大小，其中， 所述运动控制器根据所述信号控制所述执行机构来调节所述工作台的运动位 移。

优选地，还包括：

位移传感器，用于检测所述执行机构运动的位移；

伺服驱动器，与所述运动控制器通信，根据所述运动控制器发出的位移给 定信号和所述位移传感器的实际位移信号，控制所述执行机构的运动位移和/或 步进位移。

优选地，所述执行机构包括：

伺服电机，所述伺服电机包括以下之一：直线电机、伺服电动缸、线性模 组。

优选地，所述一个或多个力传感器，设置在工作台的上表面和/或所述工作 台的下表面。

优选地，还包括：导轨，所述执行机构沿着所述导轨运动，且所述导轨与 所述工作台之间有预设距离的间隙。

优选地，其特征在于，所述一个或多个力传感器的检测范围的面积大于或 等于所述工作台的面积。

优选地，所述工作台上设置有非接触式焊接深度传感器。

优选地，所述运动控制器的执行周期小于或等于1毫秒。

优选地，所述位移传感器的分辨率小于或等于1微米。

优选地，所述伺服驱动器和所述运动控制器集成设置，或者所述伺服驱动 器和所述运动控制器通过工业总线进行通信。

优选地，所述执行机构包括：直线电机或伺服电机。

另一方面，本实用新型的一个实施方式还提供一种焊接机，包括上述的夹 紧机构。本实用新型提供的技术方案，采用设置有力传感器的工作台，运动控 制器根据一个或多个力传感器发出的夹紧力的信号，控制执行机构调节工作台 的运动位移，从而控制待焊接工件之间夹紧力的大小。该技术方案克服了相关 技术中无法实现微小夹紧力进行焊接的问题，从而实现了采用微小夹紧力进行 焊接的工艺要求，提高了焊接的质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一 部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对 本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的激光塑料焊接机的示意图；

图2是根据相关技术的气动原理的示意图；

图3是相关技术中的气动结构的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的夹紧机构的示意图；

图5是根据本实用新型实施例的力传感器与导轨设置的示意图一；

图6是根据本实用新型实施例的力传感器与导轨设置的示意图二；

图7是根据本实用新型实施例的力传感器的单个布置的俯视图；

图8是根据本实用新型实施例的力传感器的多个布置的俯视图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是， 在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供了一种夹紧机构，位于焊接机，图4是根据本实用新型实施 例的夹紧机构的示意图，如图4所示，该包括：

工作台41，设置在焊接机的机架40上；

一个或多个力传感器42，设置在工作台41下方，检测待焊接工件之间的 夹紧力；

执行机构43，与力传感器相连接，推动力传感器和工作台往返运动；

运动控制器44，根据力传感器42反馈的夹紧力的信号，控制工作台41的 运动位移，以控制待焊接工件之间的夹紧力的大小，其中，运动控制器44根据 上述信号控制执行机构43来调节工作台41的运动位移。

优选地，还包括：位移传感器51，用于检测执行机构运动的位移；

伺服驱动器52，与运动控制器通信，根据运动控制器反馈的夹紧力的信号 和位移传感器的位移的信号，控制执行机构的运动位移和/或步进位移。

作为一个较优的实施方式，伺服驱动器包括：伺服电机。本领域技术人员 可以根据实际需要选择相关技术中的伺服电机，例如：直线电机、伺服电动缸、 线性模组。

例如：(1)直线电机系统，相关技术中的直线电机一般可以有U型槽式， 平板式，或圆柱式。

(2)旋转伺服电机通过丝杆将旋转运动转换为直线运动的系统，一般有伺 服电动缸，和线性模组。

需要说明的是相比与其他执行机构，直线电机的位置响应速度快，直线位 置控制精度高。这些执行机构，配上高精度的线性位移传感器，如光栅尺，或 磁栅尺等，就能够非常精确的控制位置、速度。这样组合而成的控制系统，其 位置控制分辨率能够达到线性位移传感器的分辨率，如1微米，甚至是0.1微 米。根据不同的应用情况，可以选用这些机构来执行焊接工件的夹紧。

作为另一个较优的实施方式，一个或多个力传感器可以设置在工作台的上 表面和/或工作台的下表面，用于对夹紧力的测量。优选地，上述一个或多个力 传感器的检测范围的面积大于或等于工作台的面积。

根据工作台面积的大小和所选力传感器的检测面积，力传感器的布置可以 采用单个布置，也可以采用多个布置。

一般，单个力传感器，其检测范围都是有限的，比如，某个力传感器，检 测范围为以其中心为圆心的一个直径100mm的圆形范围，当工作台的面积小于 这个范围，就只需将力传感器布置在工作台中心，如附图7所示，半径较大的 虚线圆示出的是力传感器的检测范围，该检测范围大于工作台的面积。

单个布置适用于一个力传感器检测面积能够覆盖工作台的场合。

当工作台面积较大，单个力传感器的检测面积无法覆盖时，为了精确测量 力，需采用多个力传感器的布置。例如，一个力传感器，检测面积为直径50mm 的圆，当工作台为300x 300mm的方形时，可以使用四个力传感器42(其覆盖 面积如图8中的半径较小的虚线圆所示)，布置在工作台四角，这样组成的系 统，能够精确检测一个大圆形平面(如图8中的半径较大的虚线圆所示)，这 个圆形的圆周通过这四个传感器的中心，如附图8所示。通过多个力传感器的 布置，检测力的面积大大增加，基本覆盖工作台。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要设置力传感器的数量， 上述四个力传感器的布置仅是一个示例，并不用于对本申请的限制。

作为另一个较优的实施方式，还可以包括：导轨60，执行机构沿着导轨60 运动，且导轨60与工作台之间有预设距离的间隙。

为了控制微小夹紧力，力传感器检测的力信号至关重要，必须让施加在实 际工件上的夹紧力准确的传递到力传感器上，并且避免其他干扰的力信号，比 如摩擦力等。

为此，当力传感器安装在运动机构上时，力传感器检测系统的设计，有如 下注意点：

在向上运动夹紧的机器上，力传感器上面的工作台，不能与导轨机构连接 ，避免检测到额外的摩擦力，如图5所示。

同样地，在向下运动夹紧的机器上，力传感器下面的工作台，不能与导轨 机构连接，避免检测到额外的摩擦力，如图6所示。

优选地，工作台上设置有非接触式焊接深度传感器。该优选实施例中的工 作台上设置的焊接深度传感器为非接触式的，在准确测量焊接深度的同时，避 免传感器接触产生力，干扰夹紧力检测。

需要说明的是，工作台上安装的夹具，如果带有连接到外部的电线或气管 等，必须防止升降过程中产生拉扯，使力传感器检测到这些拉扯力。

优选地，运动控制器的执行周期小于或等于1毫秒，这样的控制精度会更 加准确。

优选地，位移传感器的分辨率小于或等于1微米，提高位移控制精度。

优选地，伺服驱动器和运动控制器集成设置，或者伺服驱动器和运动控制 器通过工业总线进行通信。

从附图4可以看到，伺服驱动器通过位移传感器的信号反馈，对工作台的 升降速度和位置做控制。运动控制器，通过工作台下安装的力传感器的信号， 对工件压紧力做控制。运动控制器和伺服驱动器之间，通过工业总线45通讯， 传递指令和反馈信号。还有一种情况是运动控制器和伺服驱动器合为一体，它 们之间通过内部总线通讯。

优选地，执行机构包括：直线电机或伺服电机。

本优选实施例提供了一种使用伺服电机系统作为执行机构，使用伺服驱动 器驱动伺服电机系统做升降运动控制。

驱动这些电机的都是伺服驱动器，主控制器为运动控制器，其运动控制周 期能够达到毫秒级或更快。这个系统的控制框图如附图4所示。

激光焊接机升降执行机构的组成，可以包括：伺服电机、伺服驱动器、运 动控制器、位移传感器。下面进行详细描述：

伺服电机，可以选用直线电机系统，或通过丝杆将旋转运动转换为直线运 动的伺服电动缸或线性模组，其优点是位移控制分辨率能达到微米级或更高。

运行控制器，选用执行周期能达到1毫秒或更快的。

伺服驱动器和运动控制器可以是集成的一个元件，也可以是单独分开的两 个元件。

位移反馈装置，可以选用分辨率能达到1微米及以下的装置，非接触式的 光栅尺或磁栅尺等类型的直线位移传感器。

力传感器检测系统，可以采用无摩擦的设计，避免摩擦力对检测力信号的 影响。

力传感器检测系统，工作台上可以安装焊接深度传感器，优选地，可以采 用非接触式的深度传感器，避免深度传感器测量时产生摩擦力(焊接深度传感 器检测的是焊接过程中的位移量，如果是接触式的位移传感器，测量时会产生 一些摩擦力，这些力会传递到力传感器，干扰夹紧力的检测，因此需要用非接 触式的深度传感器)，干扰夹紧力的检测。

力传感器检测系统，力传感器的布置方式，可以为单个布置或多个布置， 多个布置包括两个以上传感器共同检测夹紧力的布置。根据实际需要采用不同 的力传感器的布置，以达到精确测量夹紧力的目的。

另一方面，本实用新型的一个实施方式还提供一种焊接机，包括上述的夹 紧机构。焊接机的夹紧机构的结构同上述实施例及其优选实施方式中的夹紧机 构，在此不再赘述。

通过上述实施例，提供了一种夹紧机构及焊接机。通过该技术方案，达到 了如下技术效果：显著提高力的控制精度，使得需要微小力的控制的焊接应用 能够通过激光焊接机来实现。直线电机或伺服旋转电机驱动的线性模组，运行 速度和加速度比气缸明显更快，定位更准确，缩短焊接循环时间，提高焊接质 量，增加产量。需要说明的是，这些技术效果并不是上述所有的实施方式所具 有的，有些技术效果是某些优选实施方式才能取得的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的 保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改 进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (11)

1.一种夹紧机构，位于焊接机，其特征在于，

工作台，设置在所述焊接机的机架上；

一个或多个力传感器，设置在所述工作台上，检测待焊接工件之间的夹紧力；

执行机构，与所述力传感器相连接，推动所述力传感器和所述工作台往返运动；

运动控制器，根据所述一个或多个力传感器反馈的所述夹紧力的信号，控制所述工作台的运动位移，以控制所述待焊接工件之间的夹紧力的大小，其中，所述运动控制器根据所述信号控制所述执行机构来调节所述工作台的运动位移。

2.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，还包括：

位移传感器，用于检测所述执行机构运动的位移；

伺服驱动器，与所述运动控制器通信，根据所述运动控制器发出的位移给定信号和所述位移传感器的实际位移信号，控制所述执行机构的运动位移和/或步进位移。

3.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述执行机构包括：

伺服电机，所述伺服电机包括以下之一：直线电机、伺服电动缸、线性模组。

4.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述一个或多个力传感器，设置在所述工作台的上表面和/或所述工作台的下表面。

5.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，还包括：导轨，所述执行机构沿着所述导轨运动，且所述导轨与所述工作台之间有预设距离的间隙。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的夹紧机构，其特征在于，

所述一个或多个力传感器的检测范围的面积大于或等于所述工作台的面积。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的夹紧机构，其特征在于，所述工作台上设置有非接触式焊接深度传感器。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的夹紧机构，其特征在于，所述运动控制器的执行周期小于或等于1毫秒。

9.根据权利要求2所述的夹紧机构，其特征在于，所述位移传感器的分辨率小于或等于1微米。

10.根据权利要求2所述的夹紧机构，其特征在于，

所述伺服驱动器和所述运动控制器集成设置；或者，

所述伺服驱动器和所述运动控制器通过工业总线进行通信。

11.一种焊接机，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的夹紧机构。