被動阻尼振動焊接系統和方法技術方案

一種振動焊接系統，其包括控制器、焊接角、砧座和被動阻尼機構（PDM）。控制器產生具有校準頻率的輸入信號。角以響應輸入信號的校準頻率在期望的第一方向振動，從而在工件中形成焊接點。PDM被相對于系統布置，并且實質上抑制或者減弱在非期望的第二方向的振動。一種方法包括將具有校準特性和自然頻率的PDM連接到超聲焊接系統的砧座。然后，輸入信號被利用焊接控制器產生。該方法包括在期望方向響應輸入信號振動焊接角，并且利用PDM在非期望方向被動地阻尼振動。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開內容涉及ー種利用被動阻尼技術來優化焊接質量的超聲焊接系統。
技術介紹
在超聲焊接過程中，被夾緊エ件的臨近表面被利用振動能量連接。經過エ件材料的振動能量傳遞沿界面連接的エ件表面產生表面摩擦和熱。熱軟化界面連接表面，該表面在結果的焊點或其他焊縫處最終粘結在一起。典型的超聲焊接系統包括各種相互連接的焊接部件。在這些部件中首要的是振動焊頭/焊接角和砧座組件。砧座組件可包括砧座和支撐板，砧座被通過支撐板栓接或以其他方式連接到剛性支持件。エ件被夾緊在角和砧座之間。角于是響應來自焊接控制器/電源高頻的輸入信號而被促動以校準頻率和振幅振動。
技術實現思路
此處公開的ー種振動焊接系統包括振動焊頭(sonotrode) /焊接角(weldinghorn)、砧座組件和被動阻尼機構(PDM)。砧座組件包括砧座和支撐板。PDM可相對于系統的適當部分(例如砧座組件)布置，從而抵消或抑制發生在系統中的某些非期望振動。雖然常規超聲焊接系統使用多種裝置控制在期望方向(例如垂直的X方向)給角的輸入振動，常規砧座設計未能解決在其他方向的振動，例如水平的z或者旋轉0方向。在給定應用中所期望的實際方向可隨著工件材料和組成焊接系統的各種裝置的變化而改變。為了說明的一致性，X方向在下文被稱為期望的，同時在任何其他方向的振動被稱為非期望的。此處應認識到砧座剛度和其他系統設計特性可以有助于這種非期望振動，并且這些非期望振動可降低結果的焊接質量。足夠的拉伸強度以及最少的變形、穿孔和開裂都是期望的焊接質量。降低的焊接工具疲勞和延長的工具壽命都是期望的系統質量。因此，當前的被動阻尼方法g在通過如下詳細闡述的PDM的使用來優化這些和其他的質量。特別地，根據ー個實施例的振動焊接系統包括控制器、焊接角、砧座和相對于系統定位的PDM。控制器產生具有校準頻率的輸入信號。焊接角接收輸入信號并且以響應輸入信號的校準頻率在期望的第一方向振動，從而在エ件中形成焊接點。角還在非期望的第二方向振動。PDM的校準特性實質上抑制或減弱在非期望的第二方向的振動。在另ー個實施例中，PDM被相對于砧座定位，并包括第一和第二部分。第一部分被定位在砧座組件的砧座和支撐板之間。第二部分將PDM的第一或者更高的自然頻率調諧到校準頻率。第二部分可限定相對于砧座的懸臂結構，從而實質上擬制或減弱砧座在非期望的第二方向的振動。ー種方法還被在此處公開用于抑制在超聲焊接過程中的非期望振動。該方法包括相對于超聲焊接系統的砧座連接PDM。PDM具有校準長度和第一自然頻率。該方法還包括利用焊接控制器產生輸入信號。輸入信號具有校準的超聲頻率。此后，該方法包括在響應輸入信號的期望方向并且也在非期望方向振動焊接角。在非期望方向的振動被利用PDM被動地抑制。PDM的校準長度將PDM的第一自然頻率調諧到輸入信號的校準超聲頻率。當結合附圖，從以下具體描述的用于執行本專利技術的優選方式，本專利技術的以上特點和優點以及其他特點和優點是顯而易見的。附圖說明圖1是示例振動焊接系統的示意圖,振動焊接系統具有包括示例阻尼機構的站座組件。圖2是示例阻尼機構的示意圖，該阻尼機構與在圖1中示出的焊接系統一起是可用的。圖3是示例阻尼機構的示意圖，該阻尼機構具有填充摩擦阻尼材料的空隙或者凹槽。圖4是示例阻尼機構的示意性側視圖，該機構具有多個疊層。圖5是描述用于被動地擬制或減緩圖1所示系統中砧座振動方法的流程圖。具體實施例方式參考附圖，其中，相似的參考標記代表相似的部件，示例超聲焊接系統在圖1中示出。系統10被配置來利用在本領域熟知的エ藝——超聲振動來形成焊接接頭。為了說明的一致性，雖然常規術語“超聲”在以下被提到，本領域技術人員應意識到其他頻率范圍可也被使用而沒有背離預期專利技術的范圍。圖1的系統10被特別配置來被動地抑制或減弱某些非期望振動。例如，在振動焊接過程中，期望的振動可被賦予X方向，而發生在任何其它方向(例如指示的橫向z或者旋轉e方向)的振動是非期望。因此，術語“期望”和“非期望”涉及想要的方向，該方向可根據應用而變化。為了說明的清楚性和一致性，X方向振動在以下被當作期望振動，而抑制相對于發生在任何其它方向的振動。系統10的砧座組件12可包括砧座14和支撐板16。砧座14可通過螺栓70緊固到支撐板16。支撐板16可依次被連接到支持件60。砧座振動可由各種結構特點引起，包括但不限于任何通過螺栓70連接的剛度，支持件60，以及系統10構造的幾何/材料，該構造包括但不限于被焊接的特殊エ件22。認識到此處非期望砧座振動可反作用于形成在エ件22中的結果焊縫質量。正如此處所述，這種非期望振動被被動地抑制。圖1的系統10包括不同的焊接裝置，包括砧座組件12和振動焊頭/焊接角24。在焊接過程中，作為整體，砧座14提供足夠用來阻止角24的相對剛性量。角24可包括焊接墊23。墊23可包括例如突出的隆起、脊的壓花形式，或者任何其他的為夾緊エ件22提供足夠摩擦的紋理形式。砧座14可同樣地具有相似的墊25以及壓花形式。墊23和25 —起使エ件22的可靠夾緊容易。為了適當地驅動和控制超聲焊接過程，焊接電源30可被用來將可用電源轉換為更有益于振動焊接的形式。例如，電源30可被電氣連接到任何適當的能源，例如50-60HZAC壁式插座。在這個例子中，電源30可包括要求的電壓整流器和變換器，其用于產生適合于振動焊接的高頻波形。電源30可包括焊接控制器33，其作為所示電源的一部分或者作為獨立裝置。電源30和焊接控制器33最后將電源轉換為合適的功率控制信號，該信號具有適合于在振動焊接過程中使用的預定波形特征，例如幾赫茲(Hz)到大約40KHz的頻率，或者根據特別應用的更高頻率。附加設備可包括變換器26和増幅器28。變換器26具有要求的機械結構，用于產生響應輸入信號(箭頭31)的機械振動，例如壓電堆。増幅器28放大輸入信號(箭頭31)的振動振幅(該輸入信號具有校準頻率)，和/或用于改變在角24和砧座14之間任何所用夾緊カ的方向。仍然參考圖1，砧座組件12包括被動阻尼機構(PDM)18。如在實施例中所示，PDM18是被放置在站座14和支撐板16之間的墊片。然而,PDM18可放置在系統10中的任何地方，例如在砧座14上或在エ件22上，正如分別以虛線表示的由替換的PDM180和280所指示的那樣。在特殊實施例中，多PDM例如PDM18、180和280可沿非期望振動的每個衰減特定方向在相同的系統10中被同時使用。在一個實施例中阻尼機構18可為調諧質量阻尼器(TMD)，其中，阻尼機構18以自然/共振頻率為特征。這種可為第一、第二或更高自然頻率的自然/共振頻率在圖1中被通過示例波形21示意表示。PDM18的校準特性，例如長度、尺寸、幾何、構造材料等等，被配置來將PDM18的自然頻率調諧到輸入信號(箭頭31)的校準頻率。在其他實施例中，PDM18可使用摩擦阻尼和/或材料阻尼來抑制發生在系統10中(例如在砧座14)的非期望振動。在圖1示出的主要實施例中的阻尼機構18可包括第一部分19和第二部分20。部分19和20可為整體或分離的形式。第一部分19可被可選擇地布置在砧座14上、在エ件22上、在圖1中所示的砧座14和支撐板16之間、在支撐板18和支持件60之間等等。第二部分20可從砧座1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種振動焊接系統，包括：控制器，其被配置來產生具有校準頻率的輸入信號；焊接角，其響應輸入信號以校準頻率沿期望的第一方向振動，以由此在工件中形成焊接點；砧座，其被相對于焊接角定位；以及被動阻尼機構（PDM），其被相對于振動焊接系統定位；其中，PDM具有校準的阻尼特性組，該特性抑制或減弱沿非期望的第二方向的振動。

【技術特征摘要】
2011.09.30 US 61/541,332;2012.04.03 US 13/438,2001.一種振動焊接系統，包括 控制器，其被配置來產生具有校準頻率的輸入信號； 焊接角，其響應輸入信號以校準頻率沿期望的第一方向振動，以由此在工件中形成焊接點； 砧座，其被相對于焊接角定位；以及 被動阻尼機構(PDM)，其被相對于振動焊接系統定位； 其中，PDM具有校準的阻尼特性組，該特性抑制或減弱沿非期望的第二方向的振動。2.如權利要求1所述的系統，其中，PDM被相對于砧座連接并從砧座延伸校準長度，其中，校準長度是阻尼特性中的一個。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：CA譚，B康，WW蔡，T吳，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：