多焊頭超聲波焊接裝置的製作方法

2023-04-29 22:11:07

本發明涉及一種醫療器械的製造設備，具體是涉及一種用於焊接物料，特別是濾膜的超聲波焊接裝置。

背景技術：

在醫療器械中有很多地方都需要使用濾膜，特別是在輸液裝置中，為了過濾細菌和顆粒物等，通常會在輸液的通道中設置濾膜，最為常見的是在回血器座位置處設置濾膜。參見圖7和圖8，其中示出了在焊接裝配之前的回血器座30和濾膜31。由於輸液裝置在使用中是在無菌的環境中進行的，同時還要防止交叉感染，這樣就對濾膜的設置提出了很高的要求，即濾膜的設置要保證其連接處有嚴格的密封狀態。

在傳統的醫療器械中，濾膜的密封通常是靠螺紋固定連接、熱合連接或粘合連接的方式來實現的。目前，隨著超聲波焊接技術的發展，焊接精度的不斷提高，以及其環保和安靜等優勢的不斷呈現，該技術已廣泛得到了業內的認可，因此，超聲波焊接技術在濾膜連接處的設置上已經成為了主流方式。

但是，現有的超聲波焊接設備和待焊接物料的夾緊裝置或稱夾具仍然不能滿足社會的需求。要麼是不能適應批量化生產的需求，例如，在一臺超聲波焊接機上安裝一個焊接頭，對物料夾緊裝置上的一個物料進行焊接，簡稱一對一焊接方式。這種焊接方式雖然能夠保證每一個物料的焊接質量，但是其焊接效率較低，要想提高生產效率勢必要增加焊接設備和操作人員，這樣必然導致生產成本的增加。要麼是不能保證全部產品的焊接質量，例如，在一臺超聲波焊接機上安裝兩個或兩個以上的焊接頭，對物料夾緊裝置上相應的兩個或兩個以上的物料進行焊接，簡稱一對多焊接方式。這種焊接方式雖然能夠成倍地提高生產效率，但是，由於待焊接物料的夾緊裝置是在完全固定後進行焊接的，即硬頂方式焊接，同時由於普通注塑物料的尺寸偏差較大，模具精度較高時其尺寸偏差一般在0.1～1毫米左右，而當模具破損時其尺寸偏差則會更大，而同一臺超聲波焊接機的多個焊接頭在所有焊接面處於±0.03毫米的浮動範圍內時才能保證焊接質量，因此上述設備難以保證每一個待焊接物料都能與相應的焊接頭穩定地接觸，並且保持接觸要求一致，這樣將導致焊接質量不穩定，有時同時出現沒有焊接和焊接過剩的現象。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，多焊頭超聲波焊接裝置難以保證每一個待焊接物料都能與相應的焊接頭穩定地接觸，不能保證每一個待焊接物料的接觸要求都一致。

本發明提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述焊接裝置包含焊接支架，所述焊接支架上支承有超聲波焊接機，所述超聲波焊接機包含有由同一氣缸控制它們同步升降的多個焊接頭，在多個焊接頭的下方設置有用於裝載待焊接物料的夾具單元，在所述夾具單元的下方設置有雙作用頂載具。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述雙作用頂載具包含有多個上頂氣缸，每一個上頂氣缸的壓力小於所述控制焊接頭升降的氣缸的壓力。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述夾具單元包含有復位彈簧，所述復位彈簧(20)的彈性力與任一個上頂氣缸的壓力之和小於所述焊接頭的氣缸的壓力。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，上述力學關係滿足下列公式：

Y＝k1X1+k2X2+C

其中，Y為控制焊接頭的氣缸的壓力，k1為復位彈簧的彈性係數，X1為復位彈簧的變形量，k2為上頂氣缸的壓強，X2為上頂氣缸的作用面積，C為常數。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述多個焊接頭包含第一焊接頭和第二焊接頭，所述第一焊接頭和所述第二焊接頭在所述控制焊接頭升降的氣缸操作下，做同步的升降運動。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述超聲波焊接機能夠沿所述焊接支架上下移動，並能固定在所述焊接支架的適當高度處。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述雙作用頂載具包含有固定底板，所述固定底板與所述焊接支架處於同一安裝平面。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述雙作用頂載具包含上頂機構，所述上頂機構包含有安裝底座，所述安裝底座上設置有長圓孔，用於調整所述上頂機構的左右位置。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述上頂氣缸包含第一上頂氣缸和第二上頂氣缸，所述第一上頂氣缸和所述第二上頂氣缸的氣缸杆上分別連接有第一頂件和第二頂件，所述第一上頂氣缸、所述第一頂件在垂直位置上與所述第一焊接頭相對應，所述第二上頂氣缸、所述第二頂件在垂直位置上與所述第二焊接頭相對應。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，所述夾具單元包含有夾具鎖板，在夾具鎖板上開有多個一字形排列的通孔，用以安裝相對獨立的夾具。

本發明進一步提供一種多焊頭超聲波焊接裝置，相對獨立的夾具從上到下依次包含夾具套、襯套、彈簧隔墊、復位彈簧、頂鎖套和螺釘。

本發明進一步提供一種用於將濾膜焊接到回血器座上的焊接裝置,所述焊接裝置為上述多焊頭超聲波焊接裝置。

本發明所產生的技術效果是，可以實現對夾具單元中的不同夾具進行自適應調整，從而實現每一個待焊接物料都能與相應的焊接頭穩定地接觸，並且達到接觸要求一致的規定程度。這不但保證了焊接質量穩定，不會出現沒有焊接或焊接過剩的現象，而且還實現了多個待焊接物料的同時焊接，從而提高了生產效率。

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行具體說明。

附圖說明

構成本發明一部分的說明書附圖旨在提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明旨在解釋本發明的技術方案，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明多焊頭超聲波焊接裝置的立體圖；

圖2是本發明多焊頭超聲波焊接裝置的主視圖；

圖3是本發明多焊頭超聲波焊接裝置中雙作用頂載具的立體圖；

圖4是本發明多焊頭超聲波焊接裝置中雙作用頂載具的後視圖；

圖5是本發明多焊頭超聲波焊接裝置中上頂機構的立體圖；

圖6是本發明多焊頭超聲波焊接裝置中夾具單元的剖視圖；

圖7是本發明待超聲波焊接的回血器座和濾膜的立體圖；

圖8是本發明待超聲波焊接的回血器座和濾膜的主視圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

1、焊接支架；2、超聲波焊接機；3、第一焊接頭；4、第二焊接頭；5、夾具單元；6、雙作用頂載具；7、固定底板；8、上頂機構；9、立柱；10、安裝底座；11、上頂氣缸安裝座；12、第一上頂氣缸；13、第二上頂氣缸；14、第一頂件；15、第二頂件；16、夾具鎖板；17、夾具套；18、襯套；19、彈簧隔墊；20、復位彈簧；21、頂鎖套；22、螺釘；23、頂銷；24、頂銷彈簧；30、回血器座；31、濾膜。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參照附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

參見圖1和圖2，其中示出了本發明的多焊頭超聲波焊接裝置的整體結構，在該多焊頭超聲波焊接裝置中，設置有焊接支架1，焊接支架1上支承有超聲波焊接機2，超聲波焊接機2可以沿焊接支架1做上下移動，並可固定在焊接支架1上的某一適當高度處；超聲波焊接機2具有由同一氣缸控制的兩個焊接頭，即第一焊接頭3和第二焊接頭4，該第一焊接頭3和第二焊接頭4可在控制焊接頭升降的氣缸操作下，做同步的升降運動；在此需要說明的是，控制焊接頭升降的氣缸安裝於超聲波焊接機2的外殼內部，因此，在圖1和圖2中並未示出控制焊接頭升降的氣缸。

在第一焊接頭3和第二焊接頭4的下方，設置有用於裝載待焊接物料，即回血器座30和濾膜31的夾具單元5，在焊接操作中，夾具單元5對待焊接物料的回血器座30和濾膜31起到支承、定位和導向的作用；在夾具單元5的下方，設置有雙作用頂載具6，雙作用頂載具6一方面可以支承夾具單元5，起到向上頂起夾具單元5的作用，另一方面還可以對夾具單元5提供適當的向下緩衝空間，以當回血器座由於尺寸不同而產生差異時，允許夾具單元5中的某一個夾具略微向下移動，從而保證第一焊接頭3和第二焊接頭4同時與夾具單元5相應夾具中的回血器座30和濾膜31保持穩定的接觸，並且保證接觸的要求完全一致，均達到保證濾膜31焊接質量要求的規定程度。

參見圖3和圖4，其中詳細示出了雙作用頂載具6的具體結構。在該雙作用頂載具6中，設置有起到整體支撐固定作用的固定底板7，從圖1和圖2中可以看出，固定底板7與焊接支架1處於同一安裝平面上；還設置有用於向上頂起夾具單元5的上頂機構8和起到支承作用的立柱9。

參見圖5，其中詳細示出了上頂機構8的具體結構。在該上頂機構8中，設置有用於調整上頂機構8整體左右位置的安裝底座10，上頂機構8左右位置的調整是通過安裝底座10上的長圓孔來實現的；在安裝底座10的上方，固定有用於安裝上頂氣缸的上頂氣缸安裝座11；在上頂氣缸安裝座11的上方，安裝有上頂氣缸，在圖5中示出的上頂氣缸有兩個，第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13，該第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13的氣缸杆上分別連接有第一頂件14和第二頂件15。其中，參見圖1可以看出，該第一上頂氣缸12、第一頂件14在垂直位置上與第一焊接頭3相對應，該第二上頂氣缸13、第二頂件15在垂直位置上與第二焊接頭4相對應。

參見圖6，其中詳細示出了夾具單元5的具體結構。在該夾具單元5中，設置有夾具鎖板16，在夾具鎖板16上開有多個一字形排列的通孔，圖6中所示出的通孔為四個，這些通孔用於安裝每一個相對獨立的夾具。每個獨立的夾具從上到下依次由夾具套17、襯套18、彈簧隔墊19、復位彈簧20、頂鎖套21和螺釘22等部件構成。其中，夾具套17用於裝載待焊接物料，即回血器座30和濾膜31，焊接操作時，回血器座30和濾膜31依次裝入夾具套17所開設通孔的上端，並由夾具套17通孔上端的臺階進行軸向支承；襯套18安裝在夾具鎖板16所開設通孔中，並套裝在夾具套17的外部，可以使得夾具套17相對於夾具鎖板16沿其上通孔的軸線方向，也即沿上下方向做限定範圍內的移動，在此襯套18起到定位導向的作用；螺釘22穿過頂鎖套21，與夾具套17中心通孔下端的內螺紋通過螺紋連接在一起，並由此將套裝在夾具套17外部的復位彈簧20，壓縮固定在彈簧隔墊19和頂鎖套21之間，復位彈簧20所起到的作用是，在夾具套17相對於夾具鎖板16沿其上通孔的軸線方向做上下方向移動時，可以使得夾具套17在復位彈簧20的彈力作用下恢復原位。此外，每個獨立的夾具在夾具套17中心通孔的內部還包括頂銷23和頂銷彈簧24，頂銷23可以在焊接完成後，用於將焊接好的回血器座30和濾膜31頂出夾具套17，同樣地，頂銷彈簧24可以使得頂銷23恢復原位。

當進行焊接操作時，操作者首先將四個回血器座30和四個濾膜31依次放入夾具單元5的一字形排列的四個夾具套17通孔的上端中；然後將夾具單元5整體放到雙作用頂載具6的上部，並讓夾具單元5的左側兩個夾具分別對應放到第一頂件14和第二頂件15的上部；操作第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13，使得該第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13同步向上移動，併到達第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13的頂部位置，此時由於第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13的作用，第一頂件14和第二頂件15基於向上推動夾具單元5底部的頂鎖套21，而將夾具單元5整體抬起；然後操作控制焊接頭升降的氣缸，使得第一焊接頭3和第二焊接頭4向下運動，由於該第一焊接頭3和第二焊接頭4分別對應於第一上頂氣缸12和第二上頂氣缸13，以及夾具單元5上所安裝的導向杆(圖中未示出)的導向作用，因此該第一焊接頭3和第二焊接頭4將分別落入夾具單元5左側的兩個夾具套17的通孔中，並預壓在夾具套17通孔上端所裝入的濾膜31上。

由於回血器座30的製造誤差，其尺寸不可能完全一致，通常在0.1～1毫米左右，從而導致第一焊接頭3和第二焊接頭4不可能將兩個濾膜31同時壓實在兩個回血器座30上。在此需要說明的是，將控制焊接頭升降的氣缸所提供的壓力設置成大於由第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13所提供的壓力；更特別地，設置成大於由第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13所提供的壓力與復位彈簧20所提供的彈性力之和；具體地，上述力學關係可以用下面的公式來表示：

Y＝k1X1+k2X2+C

其中：

Y為控制焊接頭升降的氣缸所提供的壓力；

k1為復位彈簧20的彈性係數；

X1為復位彈簧20的變形量；

k2為第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13中的壓強；

X2為第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13中的作用面積；

C為常數。

基於這樣的設置，本發明可以實現對夾具單元5中的不同夾具進行自適應調整，從而實現每一個待焊接物料，即回血器座30和濾膜31都能與相應的焊接頭穩定地接觸，並且達到接觸要求一致的規定程度，這樣不但保證了焊接質量穩定，不會出現沒有焊接或焊接過剩的現象，而且實現了多個待焊接物料的同時焊接，提高了生產效率。

由於控制焊接頭升降的氣缸所提供的向下壓力大於第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13和復位彈簧20所提供的向上頂力，同時由於第一上頂氣12或第二上頂氣缸13缸和復位彈簧20具有可再壓縮性，因此在控制焊接頭升降的氣缸的壓力作用下，第一上頂氣缸12或第二上頂氣缸13和復位彈簧20將可能受到壓縮，從而導致第一上頂件14或第二上頂件15向下移動，最終導致夾具單元5中的某一夾具向下移動。

例如，當一個焊接頭，如第一焊接頭3壓實回血器座30和濾膜31，而另一焊接頭，如第二焊接頭4沒有壓實回血器座30和濾膜31時，在控制焊接頭升降的氣缸的壓力作用下，第一焊接頭3和第二焊接頭4繼續同步向下移動；第一焊接頭3則依次通過其所對應的濾膜31、回血器座30、夾具套17、頂鎖套21，推動第一上頂件14，從而導致第一上頂氣缸12受到壓縮而向下移動；第二焊接頭4則逐步從沒有壓實回血器座30和濾膜31的狀態，向下移動到壓實回血器座30和濾膜31的狀態，從而與第一焊接頭3下面的回血器座30和濾膜31達到一致的接觸狀態。

與此同時，在第一焊接頭3壓下其所對應的夾具套17時，該夾具套17通過襯套18壓下夾具鎖板16，由於夾具鎖板16與襯套18間的過盈配合，夾具鎖板16將帶動第二焊接頭4所對應的夾具套17外側的襯套18向下移動，從而壓縮相應的復位彈簧20。這樣使得第二焊接頭4所對應的夾具套17從其外側的襯套18中向上伸出，即第二焊接頭4所對應的夾具套17仍然保持在原位而沒有壓下第二上頂件15，或是移動量小於第一焊接頭3所對應的夾具套17的移動量，壓下第二上頂件15的量也小於壓下第一上頂件14的量。

第一上頂氣缸12和第二焊接頭4所對應的復位彈簧20受到壓縮後，氣缸的壓強和彈簧的變形量都有所增加，所提供的向上作用力也有所增加，當與控制焊接頭升降的氣缸所提供的向下壓力達到平衡時，第一上頂氣缸12和第二焊接頭4所對應的復位彈簧20的移動停止，此時即完成了本發明的焊接裝置的自適應調節過程。

接下來，操作者操作超聲波焊接將夾具單元5左側兩個夾具套17中的回血器座30和濾膜31焊接在一起。焊接完成後，將所有氣缸恢復初始位置。隨後，將夾具單元5的右側兩個夾具套17置於工作位置，重複上述操作，將右側兩個夾具套17中的回血器座30和濾膜31焊接在一起。至此，四個夾具套17中的回血器座30和濾膜31均焊接完成。取下夾具單元5，使用專用工具頂起夾具單元5中的頂銷23，將四個焊接好的回血器座30和濾膜31取出，完成一個工作循環。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。