用於線性超聲焊頭的共振節點安裝座的製作方法

2023-06-12 04:18:41 2

專利名稱：用於線性超聲焊頭的共振節點安裝座的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲焊接安裝座，特別涉及具有預定諧振頻率的線性超聲焊頭的安 裝座，該安裝座具有大約相同的諧振頻率。
背景技術：
超聲焊接通常利用轉換成熱能的振動將多個部件連接在一起。通用類型的超聲 焊接是插入式和連續式的焊接。在插入式焊接中，超聲焊頭插入(朝部件行進)並且將 振動傳輸進入頂部部件。在連續式焊接(例如掃描或旋轉焊接)中，超聲焊頭通常是靜 止的或轉動的而在它的下面移動部件。連續超聲焊接通常用於密封織物、薄膜以及其他 部件。超聲焊接類型中的每一種都涉及焊頭。
超聲焊頭以所選的波長、頻率和振幅將能量傳送到待焊接的部件。焊頭在為其 提供能量的超聲換能器的頻率下進行共振；具有大約20,000赫茲頻率的換能器可能是最 容易商購獲得的。例如，旋轉焊頭通常包括帶有輸入和輸出端的軸以及安裝在輸出端上 並與其同軸的焊接部分。焊接部分的直徑通常大於軸的直徑。焊接部分具有圓柱形焊接 表面，其直徑隨著振動能量的施加而膨脹和收縮。通常，旋轉焊頭是圓柱形的並且圍繞 縱向軸線旋轉。輸入振動是沿著軸向的，而輸出振動是沿著徑向的。焊頭和砧很容易彼 此靠近安裝，並且砧可以在焊頭的相對方向上旋轉。待焊接的部件(或多個部件)以線 速度在圓柱形表面之間通過，該線速度等於圓柱形表面的切向速度。
正如預料的那樣，焊頭承受強烈振動的事實帶來的問題是在運行期間需要保持 焊頭上的挾持裝置。通常，使用兩種方法來安裝超聲焊頭節點安裝和非節點安裝。節 點是在一個或多個方向上具有零位移的焊頭的位置。就本專利申請中所用的焊頭而言， 節點是超聲焊頭上的一個點或區域，在該點或區域上當焊頭處于振動狀態時，縱向位移 可忽略不計或為零，而徑向位移是最大的或接近最大。反節點是一個點或區域，在該點 或區域上縱向位移是最大的或接近最大，而徑向位移是最小的或接近最小。
共同轉讓的美國專利6,786,384 「超聲焊頭安裝座」公開了一種有效的具有預 定諧振頻率的旋轉超聲焊頭安裝座，將該專利申請以引用的方式併入本文。所公開的安 裝座本身具有大約相同的諧振頻率，使得安裝座以這樣一種方式被其裝載的焊頭驅動， 該方式使得焊頭傳遞給安裝座的徑向位移被耗散掉，從而外部支承表面基本上保持不動 (在徑向意義上，它在運行過程中周向地旋轉)。
遺憾的是，在安裝線性焊頭以進行掃描焊接而言，此公開並未有所幫助。通過 為線性焊接焊頭提供共振的、節點式的安裝座的優點，可以促進技術的發展。
發明概述
本文所述的是特別適用於線性焊頭的共振的、節點式的安裝座。在一個實施例 中，本公開描述用於超聲焊接加工的系統，該系統具有在預定頻率上產生共振的焊頭和 用於該焊頭的安裝座。該安裝座包括具有內部支承表面的接觸部分，該內部支承表面用 於實際地接觸焊頭。從所述連接軸向外延伸出一凸緣，結束於外部周邊。環形的安裝部分附接到接觸部分和外周邊之間的凸緣。安裝座被構造而使得該安裝座在預定頻率附近 具有共振，並且在運行時安裝座的接觸部分在一個點上被聯接到焊頭，在該點處，該焊 頭具有在所述預定頻率下的節點。


圖1示出了安裝座的橫截面側視圖。
圖2示出了焊接系統的橫截面透視圖，該焊接系統採用根據圖1的若干安裝座。
圖3示出通過夾杆支承的圖2焊接系統的橫截面透視圖。
圖4為當安裝座以預定頻率共振時，安裝座的典型橫截面在所傳遞的運動極限 上的比較視圖。
具體實施方式
現在參見圖1，所示為安裝座的橫截面視圖。安裝座10是旋轉體，具有所描述 的橫截面。安裝座10包括具有內部支承表面14的接觸部分12。接觸部分12可任選具 有孔16。凸緣18從接觸部分12向外延伸，結束於外部周邊20。環形安裝部分22在接 觸部分12和外部周邊20之間附接至凸緣18。與凸緣18相對的環形安裝部分22的末端 為外部支承表面對。在一個實施例中，環形平衡物沈鄰近周邊20被安裝於凸緣18上。
參見圖2，所示為焊接系統的橫截面透視圖，該焊接系統採用根據圖1的若干安 裝座。安裝座10支承線性焊頭30。線性焊頭30具有焊接表面32，例如為進行掃描焊 接，薄片材料頂靠著該焊接表面32而通過。在一個實施例中的線性焊頭30由作用於末 端34上的超聲換能器提供能量。以預定頻率為焊頭供能時，安裝座10在節點36上接觸 線性焊頭30。安裝座10被構造而使得該安裝座在該預定頻率附近產生共振。
現在參見圖3，所示為圖2焊接系統的橫截面透視圖，該焊接系統由夾杆支承。 夾杆40和42壓縮安裝座和焊頭組件，因此可以在例如傳送需要焊接的材料的幅材處理線 (webhandling line)中有效地支承它。可以提供淺的埋頭孔44以接納安裝座10的安裝部 分22。
現在參見圖4，示出了安裝座10在預定頻率下共振時，安裝座的典型橫截面在 所傳遞的運動極限上的重疊比較視圖。非應力構型的安裝座10以虛線示出；它的最大受 力構型(當振動的線性焊頭30的側向伸展最大時)以實線示出。值得注意的是，相比於 內部支承表面，由外部支承表面M所展示的相距於未受力狀態時的位移是如此之小。利 用外部支承表面M上如此小的位移，夾杆40 (見圖3)可以成功地固定安裝座。
鍾
圖1大體描述的若干安裝座由6A1 4V鈦合金加工。寬度為22.9cm並且設計為 在20,OOOHertz附近共振的典型線性焊頭還可由鈦6A14V加工而成，以用於本測試。超聲 換能器(可從Branson UltrasonicsCorporation (Danbury，CT))附接在常規的增幅器的一端上，該增幅器繼而安裝到線性焊頭。這種裝置用於在三個實驗過程中為焊頭提供能量。
在第一個實驗中，鬆開焊頭以提供由裝置獲取的功率量的控制值。超聲電源上 的功率輸出設定為100%。
在第二個實驗中，使用安裝座中的四個來安裝焊頭，每個安裝座在圖3大體描述的一對夾杆之間壓貼一個振動節點。超聲電源上的功率輸出設定為50%。
第三個實驗類似於第二個，除了功率如第一個實驗那樣重新設定為100%。條件 和結果匯總在表1中。
最能說明事實的是，利用測試1和測試3之間的相同功率設置，功耗僅有最輕微 的增加，並且調諧頻率變化非常小。這表示節點安裝座並未顯著地消耗換能器的能量， 從而在例如掃描焊接過程中允許有效的焊頭操作。此外在測試2和3期間，操作過程十 分安靜。噪聲操作可能是安裝座和夾杆之間相對運動的指示，意味著在運動的和靜止的 部件之間存在效率損耗和有害的磨損。
權利要求
1.一種超聲加工系統，包括焊頭，所述焊頭在預定的頻率下產生共振；和安裝座，其包括具有內部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，以及環形安裝部分，所述環形安裝部分在所述接觸部分和所述外周邊之間被附接至所述 凸緣；其中所述安裝座在所述預定頻率附近產生共振，其中所述接觸部分在一個點上被聯接至 焊頭，在所述點處，所述焊頭具有在所述預定頻率下的節點。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述安裝座還包括環形平衡物，所述環形平衡物 鄰近所述周邊被安裝在所述凸緣上。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述焊頭是線性焊頭。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述安裝座是旋轉體並且其中所述環形安裝部分 的與所述凸緣相對的末端是外部支承表面。
5.根據權利要求1所述的系統，其中以所述預定頻率驅動所述安裝元件時，所述外部 支承表面的運動小於所述內部支承表面的運動的百分之十。
6.—種用於超聲焊頭的安裝座，包括具有內部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，環形安裝部分，所述環形安裝部分在所述接觸部分和所述外部周邊之間被附接至所 述凸緣，從而所述環形安裝部分的與所述凸緣相對的末端為外部支承表面；其中以預定頻率驅動所述內部支承表面時，所述外部支承表面為節點。
7.根據權利要求6所述的安裝座，其中當以所述預定頻率驅動所述安裝元件時，所述 外部支承表面的運動小於所述內部支承表面的運動的百分之十。
8.根據權利要求6所述的安裝座，其中所述凸緣以除與基部元件垂直的角度之外的角 度從所述基部元件延伸。
9.根據權利要求6所述的安裝座，其中所述外部支承表面大體平行於所述內部支承表
10.—種安裝超聲焊頭的方法，包括提供焊頭，所述焊頭在預定頻率下產生共振； 提供安裝座，所述安裝座包括 具有內部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，以及 環形安裝部分，所述環形安裝部分在所述接觸部分和所述外部周邊之間被附接至所 述凸緣；其中所述安裝座在所述預定頻率附近產生共振；並且將所述安裝座的所述接觸部分在一個點上附接至所述焊頭，在所述點處，所述焊頭 具有在所述預定頻率下的節點。
11.根據權利要求10所述的方法，其中以所述預定頻率驅動所述安裝元件時，所述外部支承表面的運動小於所述內部支承表面的運動的百分之十。
全文摘要
一種超聲加工系統，包括在預定頻率下產生共振的焊頭(30)；以及安裝座(10)，所述安裝座包括具有內部支承表面(14)的接觸部分(12)，從所述連接軸向外延伸的凸緣(18)，所述凸緣具有外部周邊(20)，以及在所述接觸部分(12)和所述外周邊之間被附接至所述凸緣的環形安裝部分(12)；其中所述安裝座在所述預定頻率附近產生共振，其中所述接觸部分在一個點上被聯接至所述焊頭，在所述點處，所述焊頭具有在所述預定頻率下的節點(36)。
文檔編號B29C65/08GK102026796SQ200980117367
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月14日 優先權日2008年5月15日
發明者約翰·R·姆利納爾, 羅納德·W·格德斯 申請人:3M創新有限公司