超聲波焊接品質判斷裝置及方法與流程

2023-05-04 10:40:31 2

本發明涉及超聲波焊接品質判斷裝置以及方法。

背景技術：

通常，超聲波焊接(ultrasonic welding)是在較輕的載荷條件下，將被焊接物夾在兩個焊接噴嘴(welding tip)之間，加壓壓力及超聲波並利用超聲波振動來進行接合的方法，主要用於軟鋼和鋁、塑料等的焊接。

即，超聲波焊接將通過大概在10～80KHZ的頻率的超聲波振蕩的機械能施加到被焊接物。能量被充分施加後，產生局部加熱，最終發生金屬的移動而達到粘結。超聲波焊接不需要常規焊接法中的高溫融合或第三金屬添加。

超聲波能量是通過使被粘結表面與叫做焊頭(horn)的振動焊接頭接觸來施加的。在焊頭(horn)以充分的力度按壓被焊接物的上部面的狀態下，進行超聲波焊接。

在超聲波焊接中用於達到最佳的焊接品質的條件根據被焊接物的大小、形狀以及材質、壓力機的壓力、振蕩時間、焊頭的振幅等而發生變化，所以通過實驗求出最佳值之後再採用。

並且，在超聲波焊接中為了管理焊接品質，以往方法只使用測量施加在超聲波焊接機的加振機的能量，若測量能量超過規定範圍則判斷為不良焊接。

但是，上述的以往的焊接品質判斷方法由於可靠性差，所以現在不再使用了。

技術實現要素：

本發明是用於解決上述問題而提出的，本發明的目的在於提供可靠性優秀的超聲波焊接品質判斷裝置以及方法。

本發明的其他目的通過以下說明的實施例會更加明確。

根據本發明的一實施方式的焊接品質判斷部包括，傳感部，提供傳感器傳達信息；以及焊接品質判斷部，求出焊接機輸出能量，並利用傳感器傳達信息求出傳感傳達能量後算出焊接吸收能量，並利用焊接吸收能量判斷焊接的不良與否。

本發明的焊接品質判斷裝置可具備以下一個或多個實施例。例如，焊接品質判斷部當焊接吸收能量不足規定值時判斷為未焊接，當焊接吸收能量超過規定值時判斷為過度焊接。

傳感部可以利用可測定鐵砧的移動的加速度傳感器、雷射位移傳感器、渦電流傳感器中的至少一種。

焊接品質判斷部利用向超聲波焊接系統的控制器或振動子的電流以及電壓，來求出焊接機輸出能量。

本發明的焊接品質判斷方法包括，測定焊接機輸出能量以及傳感器傳達能量的步驟；利用焊接機輸出能量以及傳感器傳達能量算出焊接吸收能量的步驟；利用焊接吸收能量判斷焊接品質的步驟。

本發明的焊接品質判斷方法還可包括以下實施例。例如，可包括焊接品質判斷方法，其特徵在於，焊接品質判斷結果為不良的情況下控制加壓力、振幅、時間以及振動數中的一種，來控制焊接品質成適當焊接。

本發明可提供可靠性較高的焊接品質判斷裝置以及方法。

並且，本發明提供測定方法簡單且測定結果直觀的焊接品質判斷裝置以及方法。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的具備超聲波焊接品質判斷裝置的超聲波焊接系統的附圖。

圖2為例示本發明一實施例的超聲波焊接品質判斷方法的流程圖。

圖3為根據被焊接部所吸收的能量顯示其焊接品質的曲線圖。

附圖標記的說明

100：焊接品質判斷裝置 110：焊接品質判斷部

120：傳感部 130：控制器

132：振動子 134：增幅器

136：焊頭 138：鐵砧

140：被焊接物

具體實施方式

本發明既可做多種變化，又包含多種實施例，將特定實施例例示在附圖中，並在具體實施方式中詳細地說明。但是，這並不是將本發明限定在特定實施形態，而應理解為本發明的範圍包含屬於本發明的思想以及在技術範圍的所有變化、等同物以及替換物。在說明本發明的過程中，判斷為對相關公知技術的具體說明會使本發明的要旨混淆的情況下省略其詳細說明。

本申請中所使用的術語僅是為了說明特定實施例，並非是限定本發明的意圖。在文章裡並沒有明確的表示其他意思時，單數的表述包含複數的表述。在本申請中將『包括』或『具有』等術語應理解成為了指定記載於說明書的特徵、數字、步驟、動作、構成要素、部件或它們的組合的存在，並非事先排除一個或一個以上其他特徵或數字、步驟、動作、構成要素、部件或它們的組合的存在或附加的可能性。

第一、第二等術語使用於說明多種構成要素，但是上述構成要素不能被上述術語限定。上述術語使用目的僅在於將一個構成要素區別於其他構成要素。

在此，參照附圖詳細說明本發明的實施例，在參照附圖進行說明時，與附圖編號無關地，對相同或對應的構成要素賦予相同的附圖標記，並省略對其的重複說明。

圖1是發明一實施例的具備超聲波焊接品質判斷裝置100的超聲波焊接系統的附圖。

根據本實施例，超聲波焊接品質判斷裝置100設置於超聲波焊接系統，可實時判斷超聲波焊接的品質。

根據本實施例，超聲波焊接品質判斷裝置100包括：傳感部120，提供傳感器傳達信息，焊接品質判斷部110，求出焊接機輸出能量(Eo)，並利用傳感器傳達信息求出傳感器傳達能量(Et)後，算出焊接吸收能量(Ew)，並利用焊接吸收能量(Ew)判斷焊接的不良與否。

根據本實施例，在對超聲波焊接品質判斷裝置100說明之前，先對超聲波焊接系統進行說明。

超聲波焊接系統包括控制器130、振動子132、增幅器134、焊頭136以及鐵砧138。

振動子132藉助控制器130供給的電源產生振動。藉助振動子132的振動能量在被焊接物140的上部面焊頭136實施焊接。增幅器134(booster)位於焊頭136和振動子132之間，以減少或增加振動子132的振幅(amplitude)並傳達到焊頭136。並且，控制器130通過控制振動子132供給的電源來控制振動數以及振幅。

焊頭136藉助振動子132的振動能量沿著水平方向振動，並加壓被焊接物140來實施焊接。

鐵砧138(anvil)用於支撐被焊接物140，在與焊頭136之間通過對被焊接物140的加壓以及振動進行焊接。鐵砧138可與傳感部120結合。

傳感部120與鐵砧138相結合，向焊接品質判斷部110提供可求出傳感器傳達能量(Et)的傳感器傳達信息。傳感部120可相當於加速度傳感器、雷射位移傳感器以及渦電流傳感器中任一種或它們的組合。

加速度傳感器(acceleration sensor)測定振動的鐵砧138的加速度或衝擊強度。如傳達到鐵砧138的加速度或衝擊等傳感器傳達信息傳達到焊接品質判斷部110。焊接品質判斷部110可利用以下公式來求出傳感器傳達能量(Et)，

公式：Et＝1/2mv。

在上述公式中m相當於焊頭136、鐵砧138以及被焊接物140的重量之和。焊接品質判斷部110對藉助加速度傳感器測定的加速度值進行積分來求出速度(v)後，通過上述公式求出傳感器傳達能量(Et)。

加速度傳感器藉助多種手段以及方法來與鐵砧138結合。例如，加速度傳感器可與鐵砧138的側面機械式結合或藉助別的部件(未圖示)與鐵砧138結合。綜上所述，本發明不限制加速度傳感器結合在鐵砧138的方法。

加速度傳感器與焊頭136相結合，測定焊頭136的加速度，向焊接品質判斷部110提供傳感器傳達信息。

雷射位移傳感器可以測定藉助振動的鐵砧138位移並作為傳感器傳達信息提供給焊接品質判斷部110。焊接品質判斷部110將作為雷射位移傳感器測定的鐵砧138位移的微分值的速度(v)適用於上述公式求出傳感器傳達能量(Et)。當然，雷射位移傳感器也可以測定焊頭136的位移。

雷射位移傳感器可與鐵砧138以及焊頭136中的任一種或可位於從鐵砧138以及焊頭136隔開的位置。

渦電流傳感器(eddy current sensor)利用發生在導電體的渦電流的線圈的感應變化的傳感器，測定振動的鐵砧138的位移，並將位移作為傳感器傳達信息傳達到焊接品質判斷部110。焊接品質判斷部110將作為渦電流傳感器測定的鐵砧138的位移的微分值的速度(v)適用於上述公式求出傳感器傳達能量(Et)。

當然，渦電流傳感器也可以測定焊頭136的位移，並將該位移作為傳感器傳達信息傳達到焊接品質判斷部110。

渦電流傳感器也可與鐵砧138以及焊頭136中的任一種相結合或位於從鐵砧138以及焊頭136隔開的位置。

根據本發明的焊接品質判斷裝置100是不限制於傳感部120的傳感器種類以及其結合結構。根據本發明傳感部只要是能測定鐵砧138以及焊頭136中至少一種加速度、速度或位移的話，可使用任何傳感器。根據本發明的傳感部可以與焊頭136相結合，也可以位於從焊頭136以及鐵砧138隔開的位置。

焊接品質判斷部110利用通過傳感部120輸入的傳感器傳達信息並根據上述方法來求出傳感器傳達能量(Et)。並且，焊接品質判斷部110求出焊接機輸出能量(Eo)。焊接品質判斷部110利用供給到超聲波焊接系統的控制器130的驅動電流和電壓，求出焊接機輸出能量(Eo)。

並且，焊接品質判斷部110還可以利用供給到超聲波焊接系統的振動子132的電流和電壓，求出焊接機輸出能量(Eo)。

焊接品質判斷部110求出焊接機輸出能量(Eo)以及傳感器傳達能量(Et)後，根據以下公式算出焊接吸收能量(Ew)。焊接吸收能量(Ew)相當於被焊接物140藉助超聲波焊接實際吸收的能量，

公式：Eo＝Et+Ew。

圖2為例示本發明一實施例的超聲波焊接品質判斷方法的流程圖。圖3為根據被焊接部所吸收的能量顯示其焊接品質的曲線圖。

參照圖2及圖3，根據本發明一實施例，超聲波焊接品質判斷方法包括，測定焊接機輸出能量以及傳感器傳達能量的步驟；利用焊接機輸出能量以及傳感器傳達能量算出焊接吸收能量的步驟；利用焊接吸收能量判斷焊接品質的步驟；顯示焊接結果並判斷是否為適當焊接後，在不是適當焊接的情況下變更焊接參數的步驟。

焊接品質判斷部110分別求出焊接機輸出能量(Eo)以及傳感器傳達能量(Et)後，可根據上述公式算出焊接吸收能量(Ew)。並且，焊接品質判斷部110利用所算出的焊接吸收能量(Ew)，將焊接品質判斷為未焊接、適當焊接以及過度焊接中的一種。

焊接品質判斷部110根據對相應被焊接物的大小、形狀以及材質的焊接吸收能量(Ew)來儲存與焊接品質有關的資料庫或利用這種信息。參照圖3，對適當焊接的焊接吸收能量(Ew)範圍在a～b的情況下，算出的焊接吸收能量(Ew)不足a的情況下可判斷為未焊接，焊接吸收能量(Ew)超過b的情況下可判斷為過度焊接。當然，算出的焊接吸收能量(Ew)在a～b範圍內的情況下焊接品質判斷部110可判斷為正在進行適當焊接。藉助焊接品質判斷部110的焊接品質結果可以實時測定。

焊接品質判斷部110可以通過顯示器112顯示所測定的焊接品質。

焊接品質判斷部110利用所測定的焊接品質信息實時變更焊接參數。例如，焊接品質判斷結果判斷為未焊接的情況下，可增加被焊接物140焊頭136的加壓力以及振幅中至少一種；判斷為過度焊接的情況下，可減少被焊接物140焊頭136的加壓力以及振幅中至少一種。除了焊頭136的加壓力以及振幅以外，焊接品質判斷部110還可控制作為焊接參數的振動數以及時間中的任意一種。

根據本實施例焊接品質判斷裝置100在求出焊接機輸出能量(Eo)和傳感器傳達能量(Et)後，利用這些來求出焊接吸收能量(Ew)，因此可提高焊接品質判斷的可靠性。並且，根據本實施例焊接品質判斷裝置100的特徵在於易於測定焊接機輸出能量(Eo)以及焊接吸收能量(Ew)，因此最後可以易於判斷焊接品質。

以上，雖然參照本發明的一實施例來說明了本發明，但只要是本發明所屬技術領域的普通技術人員就可以理解在未超出本發明要求保護範圍中所記載的思想以及範圍內，可對本發明進行多種修改以及變更。