ES3045459T3 - Method for low initial weld speed in ultrasonic welding - Google Patents

Method for low initial weld speed in ultrasonic welding

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ES3045459T3
ES3045459T3 ES24169507T ES24169507T ES3045459T3 ES 3045459 T3 ES3045459 T3 ES 3045459T3 ES 24169507 T ES24169507 T ES 24169507T ES 24169507 T ES24169507 T ES 24169507T ES 3045459 T3 ES3045459 T3 ES 3045459T3
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welding stack
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Leo Klinstein
Paul J Golko
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Dukane IAS LLC
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Abstract

Un método ultrasónico mejorado. La pila ultrasónica se mueve a una velocidad baja y constante (o con variación lenta) al inicio de la soldadura, manteniéndose esta velocidad hasta que se alcanza la condición predeterminada. En algunas aplicaciones, esto produce una soldadura de mayor calidad, como en el caso de materiales plásticos que se ablandan rápidamente al aplicar energía ultrasónica a las piezas, lo que provoca una rápida disminución de la fuerza entre ellas. El avance de la pila ultrasónica a baja velocidad o con una aceleración lenta puede evitar rozaduras o marcas en la superficie de la pieza en contacto con la bocina ultrasónica, disminuir el ruido audible durante el proceso de soldadura y mejorar la consistencia de la calidad de la soldadura en estas aplicaciones, en comparación con las técnicas convencionales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Procedimiento de velocidad inicial de soldadura baja en el campo de la soldadura de ultrasonidosAntecedentes
[0003] Un procedimiento de soldadura de ultrasonidos se divulga en las patentes estadounidenses US 8,052,816 y 9,486,955, en las que se produce el retardo de la pila de soladura ultrasónica, después del inicio de la soldadura, hasta que se satisface una situación predeterminada. Durante este retardo, la velocidad de desplazamiento de la pila de soldadura de ultrasonidos es cero en cuanto la pila es mantenida en posición fija. Procedimientos similares para el movimiento de retardo, después de que se haya ya producido un cierto movimiento, se divulgan en las patentes US 9,144,937 y 9,849,628. Así mismo, la velocidad de la pila de soldadura de ultrasonidos en estos procedimientos es cero durante los retardos.
[0004] Aunque, en la mayoría de las aplicaciones, los procedimientos expuestos con anterioridad resultan ventajosos para obtener soldaduras ultrasónicas de alta calidad, sin embargo pueden tener consecuencias indeseables en algunas aplicaciones. En particular, en los casos en los que el material plástico se ablanda con gran rapidez una vez que la energía ultrasónica es aplicada a las piezas de trabajo que deben ser soldadas, la fuerza entre las piezas de trabajo disminuye rápidamente. Esta disminución puede continuar incluso después de que se haya satisfecho el estado predeterminado para desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos, dado que el desplazamiento no tiene lugar de manera instantánea debido a las diversas limitaciones eléctricas y mecánicas del sistema de desplazamiento utilizado para activar el desplazamiento de la pila, como por ejemplo, la tasa limitada a la que la corriente eléctrica puede ser gradualmente acelerada en un motor. Si la fuerza de contacto entre las piezas de trabajo resulta demasiado baja, las vibraciones ultrasónicas no son transmitidas adecuadamente desde la pila hasta la junta de soldadura, lo que podría provocar rayaduras o marcas en la superficie de la pieza de trabajo en contacto con el cuerno ultrasónico, un incremento notable en el ruido perceptible durante el proceso de soldadura y una reducción de la consistencia de la calidad de la soldadura.
[0005] Breve descripción de los dibujos
[0006] La FIG. 1 muestra unos gráficos de la Distancia atravesada por una pila de soldadura de ultrasonidos desde el inicio de la soldadura, la Velocidad de desplazamiento de la pila y la Fuerza aplicada por la pila a las piezas de trabajo con respecto al tiempo en relación con una fase de soldadura representativa;
[0007] la FIG. 2 muestra unos gráficos de la Distancia, Velocidad y Fuerza con respecto al Tiempo de soldadura de las mismas piezas descritas en conexión con la FIG. 1, excepto por la utilización del procedimiento anterior del movimiento retardado;
[0008] la FIG. 3 muestra los gráficos de la FIG. 1 y de la FIG. 2 superpuestos unos con otros para su comparación directa.
[0009] Descripción
[0010] Los conceptos descritos con anterioridad son alterrnativas y mejoras a los procedimientos del movimiento soldadura retardada divulgados en el estado de la técnica anterior, para dar respuesta a las consecuencias no deseables señaladas con anterioridad respecto de los procedimientos divulgados.
[0011] La presente invención proporciona un procedimiento de soldadura de ultrasonidos que comprende las etapas de presionar una pila de soldadura de ultrasonidos contra una primera pieza de trabajo; iniciar una soldadura mediante la aplicación de energía desde la pila de soldadura de ultrasonidos hasta la primera pieza de trabajo; supervisar, con al menos un sensor, al menos una variable de control a partir del inicio de la soldadura; desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos a una primera velocidad constante baja, comenzando en el inicio de la soldadura hasta que al menos una señal correspondiente a la al menos una variable de control satisfaga una condición predeterminada; y desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos a una segunda velocidad en respuesta a la al menos una variable de control que satisfaga la condición predeterminada, en el que la segunda velocidad es mayor que la primera velocidad constante baja.
[0012] En una forma de realización de los nuevos conceptos, se utiliza el mismo procedimiento de soldadura de ultrasonidos descrito en la reivindicación 1 de la patente US 8,052,816, excepto porque, en lugar de desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos solo después de que la señal correspondiente a la variable de control supervisada satisfaga una condición predeterminada, la pila ultrasónica es desplazada a una velocidad baja constante al inicio de la operación de soldadura, manteniéndose esta velocidad hasta que se satisfaga la condición predeterminada. Un ejemplo de este procedimiento se ilustra en la FIG. 1, que muestra unos gráficos de la Distancia recorrida por la pila de soldadura de ultrasonidos desde el inicio de la soldadura, la Velocidad de desplazamiento de la pila de soldadura de ultrasonidos y la Fuerza aplicada por la pila de soldadura de ultrasonidos sobre las piezas de trabajo con respecto al tiempo para una fase de soldadura representativa, la cual comienza en el Tiempo 0 y finaliza en el Tiempo t3. La fuerza inicial positiva predeterminada es designada como Fi. Al inicio de la operación de soldadura, la velocidad de la pila es un nivel constante bajo, Si. Esta velocidad es mantenida hasta que se satisface una condición predeterminada, la cual, en este ejemplo, se establece cuando la fuerza disminuye en la cantidad AFd con respecto a la fuerza inicial Fi, que se produce en el punto t1. Cuando se satisface esta condición, el sistema de control del movimiento ordena que la pila de soldadura de ultrasonidos se desplace de acuerdo con un perfil de soldadura, el cual en este ejemplo viene constituido por un incremento de la velocidad hasta Sw, seguido por el mantenimiento de una velocidad constante, Sw. El cambio real de la velocidad a partir de Si, sin embargo, no se produce instantáneamente debido a las limitaciones eléctricas y mecánicas anteriormente mencionadas del sistema de movimiento. Por el contrario, el cambio real de velocidad comienza algún tiempo después de que se satisfaga la condición predeterminada, lo cual se representa en t2. Este retardo en la respuesta del sistema de movimiento se designa en la figura como AT. En este ejemplo, la soldadura finaliza cuando la distancia atravesada por la pila de la soldadura de ultrasonidos desde el inicio de la soldadura alcanza el nivel predeterminado De. Cabe destacar, sin embargo, que este procedimiento de utilización de una velocidad de soldadura inicial baja no está limitado al perfil de soldadura específico y al procedimiento para la finalización de la soldadura expresada en este ejemplo. Los valores prácticos de la velocidad inicial Si son genéricamente inferiores a la mitad de la velocidad media del movimiento de soldadura posterior a la satisfacción de la condición predeterminada.
[0014] Las ventajas de utilizar esta técnica se ilustran en las FIGS. 2 y 3. La FIG. 2 muestra unos gráficos de la Distancia, la Velocidad y la Fuerza con respecto al Tiempo de la soldadura de las mismas piezas de trabajo descritas en conexión con la FIG. 1, excepto por utilizar el procedimiento de la técnica anterior del movimiento retardado. La velocidad de la pila ultrasónica es cero hasta que se satisface la misma condición predeterminada, consistente en la reducción de la fuerza relacionada con la fuerza inicial a AFd, que se produce en el punto t4. Cuando la condición se satisface, el sistema de control de movimiento ordena que la pila de soldadura de ultrasonidos se desplace de acuerdo con el mismo perfil de soldadura consistente en un cambio de la velocidad en Sw, seguido por su mantenimiento a la velocidad constante Sw. Así mismo, existe el mismo retardo de respuesta del sistema de movimiento, AT, de manera que el comienzo real del movimiento se produce en el punto t5, que es AT después de que se satisfaga la condición predeterminada. Como en la FIG. 1, la soldadura termina cuando la distancia recorrida por la soldadura de ultrasonidos alcanza el punto De.
[0016] La FIG. 3 muestra los gráficos de la FIG. 1 y la FIG. 2 superpuestos una a otra con la finalidad de su comparación directa. Las curvas continuas son las mismas que las mostradas en la FIG. 1, que representan el procedimiento de la velocidad de soldadura inicial baja, y las líneas de puntos largos son las mismas que la FIG. 2, que representan el procedimiento de retardo de movimiento de la técnica anterior. La ventaja fundamental del procedimiento de la velocidad inicial baja es que la reducción de la fuerza entre las piezas de trabajo con respecto a la fuerza inicial Fi es inferior en comparación con el procedimiento de retardo del movimiento. En el gráfico de la Fuerza con respecto al Tiempo de la FIG. 3, la reducción de la fuerza del procedimiento de la velocidad de soldadura inicial baja es AF1, que es inferior a la reducción del procedimiento de retardo del movimiento AF2. La razón de esta diferencia es que durante el retardo de respuesta del sistema de movimiento (AT), que es común a ambos procedimientos, las piezas de trabajo continúan doblándose una contra otra en el procedimiento de velocidad de soldadura inicial baja, lo que mitiga la disminución de la fuerza en comparación con el procedimiento de retardo de movimiento, en el que no hay ningún desplazamiento de las piezas de trabajo durante el retardo. De este modo, es menos probable la aparición de efectos indeseables derivados de que sea demasiado baja la fuerza de contacto entre el cuerno y las piezas de trabajo mediante la utilización del procedimiento de la velocidad de la soldadura inicial baja. Otra ventaja de este procedimiento es que puede representar una reducción en la duración de la soldadura y, por tanto, un incremento en el volumen de producción. En los ejemplos mostrados en la FIG. 3, la soldadura fue más corta respecto del procedimiento de velocidad de soldadura inicial baja en la cantidad t6 -t3.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. - Un procedimiento de soldadura de ultrasonidos que comprende:
presionar una pila de soldadura de ultrasonidos contra una primera pieza de trabajo de material plástico; iniciar una soldadura mediante la aplicación de energía a partir de la pila de soldadura de ultrasonidos hasta la primera pieza de trabajo;
supervisar, con al menos un sensor, al menos una variable de control a partir del inicio de la soldadura; desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos a una primera velocidad constante baja (S<i>), comenzando por el inicio de la soldadura, hasta que la al menos una señal correspondiente a la al menos una variable de control satisfaga una condición predeterminada;
desplazar la pila de soldadura de ultrasonidos a una segunda velocidad (S<w>), en respuesta a la al menos una variable de control que satisfaga la condición predeterminada,
en el que la segunda velocidad (S<w>) es superior a la primera velocidad constante baja (S<i>).
2. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la primera velocidad constante baja (S<i>) es inferior a la mitad de la segunda (S<w>)
3. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la condición predeterminada es un valor absoluto o relativo específico de la fuerza (AF<d>), en el que la referencia para el valor relativo es el nivel de fuerza (F<i>), al inicio de la soldadura.
4. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la condición predeterminada es una potencia de ultrasonidos específica o una energía de ultrasonidos específica.
5. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la condición predeterminada es una distancia específica recorrida por la pila de soldadura de ultrasonidos desde el inicio de la soldadura o una posición específica de la pila de soldadura de ultrasonidos.
6. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la condición predeterminada es un tiempo transcurrido específico desde el inicio de la soldadura.
7. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la condición predeterminada incluye uno o más entre los valores absolutos o relativos siguientes
a) fuerza
b) el par de salida de un motor o de un accionador que impulse el movimiento de la pila de soldadura de ultrasonidos,
c) la posición de la pila de soldadura de ultrasonidos,
d) la distancia recorrida por la pila de soldadura de ultrasonidos,
e) la potencia de ultrasonidos,
f) la energía de ultrasonidos,
g) la amplitud de ultrasonidos,
h) la frecuencia de ultrasonidos,
i) la fase de ultrasonidos, y
j) el tiempo transcurrido,
en el que la referencia respecto del valor relativo es un nivel de un parámetro respectivo detectado al inicio de la soldadura.
8. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la segunda velocidad (S<w>) es constante.
9. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la presión incluye la aplicación de una fuerza inicial positiva sobrfe la pieza de trabajo.
10. - El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la variable de control supervisada es una fuerza medida aplicada por la pila de soldadura sobre la pieza de trabajo, y la condición predeterminada es una basada en una diferencia entre la fuerza inicial (F<i>) y la fuerza medida.
11. - El procedimiento de soldadura de ultrasonidos de la reivindicación 8, en el que:
dicha etapa de inicio de la soldadura mediante la aplicación de energía a partir de la pila de soldadura de ultrasonidos hacia la pieza de trabajo comienza en un tiempo inicial (t<e>);
dicha etapa de supervisión de la variable de control comienza en el tiempo inicial (t<o>);
dicha etapa de desplazamiento la pila de soldadura de ultrasonidos a la primera velocidad constante baja (S<i>) con respecto a la pieza de trabajo se lleva a cabo comenzando por el tiempo inicial (t<o>);
en el que dicho procedimiento comprende además la determinación que la variable de control supervisada satisface la condición predeterminada en un primer tiempo (t<i>) que es inmediatamente posterior al tiempo inicial (t<o>); y
dicha etapa de desplazamiento de la pila de soldadura de ultrasonidos a la segunda velocidad constante con respecto a la pieza de trabajo se lleva a cabo después de un segundo tiempo (t<2>) que es posterior al tiempo inicial (t<o>).
12. - El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además el desplazamiento de la pila de soldadura de ultrasonidos a una velocidad creciente que comienza comenzando en el segundo tiempo t<2>hasta que la pila de soldadura de ultrasonidos alcanza la segunda velocidad constante (S<w>).
13. - El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además el desplazamiento de la pila de soldadura de ultrasonidos con respecto a la pieza de trabajo a la segunda velocidad constante (S<w>) hasta que la pila de soldadura de ultrasonidos se ha desplazado hasta una distancia predeterminada con respecto a una posición inicial de la pila de soldadura de ultrasonidos en el tiempo inicial (t<o>).
14. - El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la condición predeterminada incluye una fuerza, un par de salida de un motor o de un accionador que impulsa el movimiento de la pila de soldadura de ultrasonidos, una posición de la pila de soldadura de ultrasonidos, una potencia de ultrasonidos, una energía de ultrasonidos, una amplitud de ultrasonidos, una frecuencia de ultrasonidos, una fase de ultrasonidos, un tiempo transcurrido, o cualquier combinación de estas.
15. - El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la primera velocidad constante baja (Si) es inferior a la mitad de la segunda velocidad constante (S<w>).
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