專利名稱：用于超聲波焊接系統(tǒng)的間隙調(diào)整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定振動主體和固定點之間的間隙的方法和系 統(tǒng)，并尤其涉及基于振動主體的諧振頻率達到這種確定的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在超聲波焊接(有時稱作"聲學(xué)焊接"和"聲波焊接")中，將 要接合的兩個部分(通常為熱塑性部分)鄰近用于傳遞振動能的稱為超
聲波"角部(horn)"的工具放置。這些部分(或"工件")在角部和砧 臺之間受限。時常，角部垂直放置在工件和砧臺上方。角部通常在20,000 赫茲到40,000赫茲振動，在壓力作用下通常以磨擦力熱的形式將能源 轉(zhuǎn)移到這些部分。由于磨擦熱和壓力，這些部分的至少其中之一的一 部分變軟或熔合，由此接合這些部分。
在焊接過程期間，交流電(AC)信號供應(yīng)給角部堆(horn stack)， 其包括轉(zhuǎn)換器、增壓器和角部。轉(zhuǎn)換器(還稱為"換能器")接收AC信 號并通過在等于該AC信號的頻率處壓縮和膨脹進行響應(yīng)。因此，聲波 穿過轉(zhuǎn)換器行進至升壓器。當(dāng)聲波傳播經(jīng)過升壓器時，其被放大并由 角部接收。最后，波前傳播經(jīng)過角部，并傳到工件上，由此將它們焊 接在一起，如上所述。
另一類型的超聲波焊接是"連續(xù)超聲波焊接"。這種類型的超聲 波焊接典型用于封閉織物和薄膜，或其它的"網(wǎng)狀"工件，其能以通 常連續(xù)的方式供給經(jīng)過焊接裝置。在連續(xù)焊接過程中，超聲波角部通 常靜止且將被焊接的部分在其下方移動。 一種類型的連續(xù)超聲波焊接 使用旋轉(zhuǎn)式固定的桿狀角部和旋轉(zhuǎn)砧臺。工件供給在桿狀角部和砧臺 之間。角部通常向工件縱向延伸并且振動沿著角部軸向行進進入工件。
在另一種類型的連續(xù)超聲波焊接中，角部為旋轉(zhuǎn)型，其是圓柱形且關(guān) 于縱軸旋轉(zhuǎn)。該輸入振動在角部的軸向上，且輸出振動在角部的徑向 上。角部放置在砧臺附近，其通常還能旋轉(zhuǎn)使得將要焊接的工件以線 性速度經(jīng)過圓柱表面之間，其基本等于圓柱表面的切線速度。這種類
型的超聲波焊接系統(tǒng)在美國專利No. 5,976,316中進行了描述,其全部內(nèi) 容引入作為參考。
在上述的每種超聲波焊接技術(shù)中，將要接合的工件在焊接過程期 間放置在角部和砧臺之間。焊接的一種方式是通過固定角部和砧臺之 間的間隙。當(dāng)它們正在接合時，角部和砧臺之間的間隙產(chǎn)生適當(dāng)支撐 工件的夾緊力。為了產(chǎn)生統(tǒng)一和可靠的焊接操作，期望維持角部和砧 臺之間的間隙不變。
在操作過程中，角部堆的一個或多個組件，包括角部、它本身， 通常經(jīng)受溫度升高。因此，角部堆通常經(jīng)受熱膨脹。當(dāng)角部堆膨脹時， 角部和砧臺之間的間隙減小一一結(jié)果對前述的產(chǎn)生統(tǒng)一和可靠的焊接 操作的目標(biāo)有害。
如上文所指出的，現(xiàn)存的超聲波焊接方案中存在的缺點在于角部 堆和砧臺之間的間隙在連續(xù)焊接操作期間變得更窄。

發(fā)明內(nèi)容
與背景技術(shù)相對，產(chǎn)生了本發(fā)明。該方法包括將角部鄰近于砧臺 放置，從而在角部和砧臺之間建立一個間隙。力施加到角部，從而向 砧臺推進角部。可變形止擋件被放置在一個位置，使得施加的推進力 使操作性連接到角部的元件鄰接可變形止擋件，并使止擋件變形。推 進力在角部操作期間被反復(fù)調(diào)整，由此調(diào)整可變形止擋件的變形程度， 以及維持角部和砧臺之間的間隙基本不變。
依照另一實施例，系統(tǒng)包括一個安裝部，該安裝部包括平移元件和固定的彈性可變形止擋件。角部耦接到超聲能量源。角部操作性連 接到平移元件。砧臺通過一個間隙與角部分離。施力器配置成向砧臺 推進角部，并通過改變角度使操作性耦接到角部的元件接觸彈性可變 形止擋件并使其變形，使得角部和砧臺之間的間隙在系統(tǒng)操作期間基 本保持不變。
還根據(jù)另一實施例，該系統(tǒng)包括通過安裝系統(tǒng)與砧臺分離的角部。 超聲能量源耦接到角部。該系統(tǒng)還包括用于在角部經(jīng)受熱膨脹的同時 將所述分離程度基本維持在不變的長度的裝置。


圖1描述耦接到能源的簡單超聲波焊接角部堆的一個實施例。
圖2描述耦接到圖1的超聲波焊接角部堆的安裝系統(tǒng)的一個實施例。
圖3描述用于確定在角部和砧臺之間的間隙的長度的系統(tǒng)的一個 實施例。
圖4A描述可以用作間隙確定單元的一部分的表格的一個示意性 實施例。
圖4B描述確定間隙長度的方法的一個示意性實施例。
圖5A描述用在連續(xù)超聲波焊接操作中的簡單旋轉(zhuǎn)超聲波焊接角
部的一個實施例。
圖5B描述確定間隙長度的方法的一個示意性實施例。
圖6描述用于維持焊接角部和砧臺之間的間隙基本不變的系統(tǒng)的
一個示意性實施例。
圖7描述用于調(diào)整焊接角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的一個示意
性實施例。
圖8A描述用于維持在超聲波焊接系統(tǒng)中的角部和砧臺之間的間 隙基本不變的系統(tǒng)的一個示意性實施例。
圖8B描述用于維持在超聲波焊接系統(tǒng)中的角部和砧臺之間的間 隙基本不變的系統(tǒng)的另一示意性實施例。
圖9A描述力確定單元的一個示意性實施例。 圖9B描述力確定單元的另一示意性實施例。
圖10描述用于調(diào)整在超聲波焊接系統(tǒng)中的角部和砧臺之間的間 隙的系統(tǒng)的一個示意性實施例。
圖IIA描述通過沿著角部縱軸傳播的聲信號驅(qū)動的角部表面。 圖IIB描述當(dāng)信號沿著角部的縱軸傳播時，由比圖UA的幅度更 小的聲信號驅(qū)動的角部表面。
圖12A描述用于控制角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的一個示意性
實施例。
圖12B描述用于控制角部和砧臺之間的間隙系統(tǒng)的另一示意性實 施例。
圖13描述用于組合調(diào)節(jié)器和幅度確定模塊的操作的方法的一個 示意性實施例。
圖14描述組合調(diào)節(jié)器和幅度確定組件的操作的方法的另一示意 性實施例。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種不同的實施例，其中貫穿 幾個附圖中的相同的附圖表示相同的部分和部件。參考各種不同的實 施例不會限制本發(fā)明的范圍，其只由所附的權(quán)利要求的范圍限制。另 外，在本說明書中提出的任一例子的意圖并不在于限制而只是提出請 求保護的本發(fā)明的多個可行的實施例。
圖1描述耦接到電源102的AC源的簡單角部堆100的例子。如 從圖1中可以看出，角部堆100包括轉(zhuǎn)換器104、升壓器106和超聲波 焊接角部108。在操作期間，AC源將電源提供給轉(zhuǎn)換器104，這通過 在等于AC信號的頻率處壓縮和膨脹而對其響應(yīng)。因此，聲波行進經(jīng)過 升壓器106的轉(zhuǎn)換器104。當(dāng)聲波前進經(jīng)過升壓器106時，其被放大， 且由焊接角部108接收到(在一些實施例中，角部的108被設(shè)計成獲得 一個增益，而不需要升壓器106)。最后，波前傳播經(jīng)過角部108，因此
它被給予放置在焊接角部108和砧臺IIO之間的工件(未在圖1中示出)。 角部堆的其它例子為本領(lǐng)域已知，且和下列其中公開的系統(tǒng)、方案和
方法一起起作用。
角部108通過圖1中標(biāo)記的"間隙"的距離與砧臺110分離。將 磨擦能給予工件的過程使角部堆100的各種不同元件升溫。當(dāng)角部堆 IOO的元件升溫時，它們表現(xiàn)出熱膨脹，意味著在角部108和砧臺110 之間的間隙尺寸上可以根據(jù)角部堆IOO安裝的特殊的方式改變。
圖2描述圖1的角部堆100的簡化的示意性安裝方案。安裝方案 利用硬的、通常三部分的框架200?？蚣?00包括在其上裝有砧臺110 的第一部分202，和在角部堆100上鄰接到節(jié)點的第二部分206。例如， 框架的第二部分206在圖2中示為耦接到升壓器106的中點208?？蚣?200的第三部分204在第一部分202和第二部分206之間延伸。
安裝系統(tǒng)200維持砧臺110的支撐工件表面210和角部堆100的 部分之間的距離基本固定。在這種情況下，安裝系統(tǒng)200維持在砧臺 110的上表面210和升壓器106的中點/節(jié)點208之間的距離基本固定。 因此，如果角部堆100在操作期間膨脹，則角部堆100從升壓器106 的中點208沿著堆100的縱軸向外膨脹，如在圖2中標(biāo)記為"膨脹" 的箭頭所指出?？梢岳斫舛喾N其它安裝系統(tǒng)也可以維持在砧臺110的 上表面210和角部堆100的部分之間的距離基本固定，且這種其它的 安裝系統(tǒng)也在本申請的范圍內(nèi)。
給定圖2的安裝布置，轉(zhuǎn)換器104和升壓器106的上部的熱膨脹 對間隙長度沒有作用(因為相對于框架200接合堆100的點208的這些 元件的位置，這些元件向上自由膨脹，即遠(yuǎn)離砧臺110)。另一方面， 間隙長度受到升壓器106的下部膨脹和角部108膨脹的影響——當(dāng)這 些元件膨脹時，它們向砧臺110膨脹，而間隙縮短。
依照一個實施例，維持轉(zhuǎn)換器104和升壓器106的溫度基本不變。
例如，轉(zhuǎn)換器104和升壓器106可以由冷卻系統(tǒng)冷卻，例如通過將相 對冷卻的氣流循環(huán)進入轉(zhuǎn)換器104和升壓器106的表面的扇子，從而 基本維持它們的溫度，并由此基本抑制它們的熱膨脹。因此，依照這 種實施例，在角部堆100的長度方向上的任何變化可以看作基本由于 焊接角部108的膨脹。
此外，依照一些實施例，角部108由冷卻系統(tǒng)冷卻，從而抑制或 者減少它在操作期間加熱的傾向。通常，這種方案不會完全消除角部 的108的熱膨脹，意味著它仍然表現(xiàn)出某一程度的熱膨脹，這應(yīng)該進 行解決，如果間隙長度維持基本不變。
已知給定主體的長度與給定主體的諧振頻率成反比。另一種描述 是，當(dāng)主體的長度增長時，它表現(xiàn)出較低的諧振頻率。因此，當(dāng)角部 堆100的長度增長時，當(dāng)發(fā)生時，例如，由于熱膨脹，它表現(xiàn)較低的 諧振頻率。具體地，主體的長度/與它的諧振頻率/有關(guān)，通過下列的 公式<formula>formula see original document page 10</formula>
其中五代表物體的彈性模量，而p代表物體的密度。如果物體是 化合物(例如，由多個部分組成或者具有由不同材料等制成的不同部 分)，五和p可以是代表材料特性所分配的值，考慮到它的各個不同的 部分(例如，可以是加權(quán)平均等)。
根據(jù)一些實施例，能源102檢測角部堆100的諧振頻率/，為了產(chǎn) 生等于其中的頻率的AC信號。例如，能源102可以將表示具體的峰峰 值電壓(均方根電壓)的正弦信號傳送給角部堆100。當(dāng)保持正弦曲線信 號的峰峰值(或者RMS)電壓不變時，能源102調(diào)整信號的頻率，并找
出角部堆100汲取最少電流的頻率-該頻率是角部堆100的諧振頻率。
因此，每個這種實施例，堆100的諧振頻率可以從能源102中獲得。 依照其它的實施例，堆100的諧振頻率可以通過用檢測器觀察堆100 來檢測。
當(dāng)獲得角部堆100的諧振頻率時，堆100的整個長度可以通過以 與上述的諧振頻率對角堆長度的物理原理相似的方式獲得。假定轉(zhuǎn)換 器104和升壓器106被冷卻，從而基本因此抑制其上的熱膨脹作用， 角部堆100的長度可以與間隙長度有關(guān)。例如，依照圖2的方案，角 部108的間隙長度和長度l，與下面的等式有關(guān)
間隙長度<formula>formula see original document page 11</formula>其中間隙長度近似于代表在角部108的頂端和砧臺110的支撐工 件表面210之間的長度的幾乎不變的值。
圖3描述用于確定在焊接角部108和砧臺110的支撐工件表面210 之間的間隙的長度的系統(tǒng)。圖3的系統(tǒng)包括將聲信號傳遞給角部(和升 壓器)302的超聲波電源300(例如，將AC信號傳遞給轉(zhuǎn)換器的電源， 其依次將信號轉(zhuǎn)換成聲波)。超聲波電源300由控制器電路控制，例如 通過與儲存控制超聲波電源300操作的固件/軟件的存儲裝置數(shù)據(jù)通信 的處理器?；蛘?，控制電路可以具體實施為基于硬件的控制環(huán)。無論 如何，超聲波電源300的控制器識別角部堆的諧振頻率，并命令其中 的電源信號產(chǎn)生電路以與轉(zhuǎn)換器合作而產(chǎn)生等于其中頻率的聲信號。 電源300內(nèi)的控制器可以接口到間隙確定單元304。
間隙確定單元304接收角部堆的諧振頻率，并產(chǎn)生與間隙長度保 持已知的關(guān)系的量。依照一個實施例，間隙確定單元304是在耦接到 存儲單元的處理器上運行的軟件模塊。該間隙確定單元304可以在與 控制超聲波電源300的固件在其上運行的處理器相同的處理器上運行。
或者，它可以在與其數(shù)據(jù)通信的不同的處理器上運行。無論如何，由
間隙確定單元304運行的軟件/固件可以根據(jù)參考圖4A-5B討論的方案 (在下面)執(zhí)行。
依照其它可選的實施例，間隙確定單元304可以接收來自除了超 聲波電源300之外的來源的角部堆的諧振頻率。例如，系統(tǒng)可以包括 檢測器306，其觀察角部堆、測量其中的諧振頻率，并與間隙確定單元 304通信諧振頻率。在下面的討論中，可以假定諧振頻率源于超聲波電 源300，只是為了舉例的目的。
圖4A描述間隙確定單元304可以操作的方案。間隙確定單元304 可以包括儲存在存儲裝置中一張表格400。表格400根據(jù)諧振頻率構(gòu)造， 并使間隙長度G與諧振頻率/有關(guān)。因此，當(dāng)接收到諧振頻率/時，間 隙確定單元304使用諧振頻率來訪問表格400，并確定對應(yīng)于諧振頻率 /的間隙長度G。例如，假定間隙確定元304接收頻率/2作為輸入，則 單元304通過訪問表格400進行響應(yīng)以識別對應(yīng)于頻率/2的行。當(dāng)識 別出行時，返回間隙長度在其中進入的G2?？蛇x擇地，表格400可以 被訪問以確定角部堆100的長度丄，或確定與間隙長度保持已知關(guān)系得 任一其它的量。假定間隙確定單元304接收值fj乍為輸入，并假定fx 落在連續(xù)表格條目之間(即，,</x</;+》，間隙確定單元304接著可以訪 問表格400以獲得間隙長度值G,和G,+/，并和可以插在兩個值之間以 達到對應(yīng)于諧振頻率A的間隙長度。
在表格400的各種不同的條目可以通過啟發(fā)程序事先構(gòu)成，其中 角部堆100的長度和間隙的長度在表格400內(nèi)對每個頻率/記錄?；蛘撸?在表400的各種不同的條目可以與上述相似的模式通過事先計算而構(gòu) 成。
圖4B描述另一方案，其中間隙確定單元304可以操作理論上的計 算。例如，間隙確定單元304可以通過接收角部堆100的諧振頻率f，
開始其操作，如操作402所示。其后，單元304基于諧振頻率通過計 算角部的108的長度丄進行響應(yīng)，例如通過使用基于在下面的操作404 中示出的等式的物理原理使用等式。最后，如操作406所示，基于從 利用的安裝方案中產(chǎn)生的特殊的幾何約束的知識，單元304可以使在操 作404中確定的長度Z與間隙長度相關(guān)。例如，在圖2的安裝方案的 情況下，可以發(fā)現(xiàn)間隙長度如下
間隙長度="-丄，
其中D代表在角部108的頂端和砧臺110的支撐工件表面210之 間的距離，而L代表角部的長度。
圖5A描述用于連續(xù)超聲波焊接的焊接角部500的例子。其中的角 部500包括角部500可以關(guān)于其旋轉(zhuǎn)的縱軸502。角部500受到安裝系 統(tǒng)(未在圖5A中描述)的約束，從而維持在角部和砧臺504之間的間隙。 角部堆可以安裝在系統(tǒng)上的任何的節(jié)點處。角部的縱軸502基本平行 于砧臺504的支撐工件表面506。
基于角部堆的諧振頻率確定在角部和砧臺之間的間隙的長度的上 述原理適用于圖5的角部500。當(dāng)材料熱膨脹時，它們各方向等比例膨 脹。因此，在圖5B中描述的下列技術(shù)，可以用來確定角部和砧臺之間 的間隙長度。
最初，如操作508中所示，角部堆的諧振頻率被接收。其后，角 部的502的長度I以上述相似的方式(操作510)基于頻率確定。如前所 述，圖5A的角部堆被冷卻以便轉(zhuǎn)換器(未在圖5A中示出)和升壓器(未 在圖5A中示出)在操作期間保持在基本不變的溫度，由此抑制它們的 熱膨脹和在系統(tǒng)諧振頻率上的作用。
因為角部500各方向等比例膨脹，所以在它的長度丄和它的半徑
S之間的比率保持不變。因此，在計算角部502的長度之后，它的半徑
可以用長度與上述比率^的乘積得到，如操作512所示。最后，間隙 長度可以通過從半徑減去在角部500的縱軸和砧臺504的支撐工件表 面506之間的距離"確定，如操作514所示。
應(yīng)當(dāng)指出，關(guān)于圖5B描述的方法的結(jié)果可以儲存在一張表格內(nèi)， 如圖4A所示。因此，間隙長度或與其中保持已知關(guān)系的任一值，可以 基于角部堆的諧振頻率而通過訪問這種表格獲得。
圖6描述基于觀察的砧臺之間的間隙，用于維持角部和砧臺之間 的諧振頻基本不變的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括，角部堆600和耦接到其 中的電源602。依照一個實施例，電源602確定角部堆600的諧振頻率， 如上所述。
耦接到角部堆的是位置調(diào)節(jié)器606。位置調(diào)節(jié)器606在輸入信號 的控制之下或靠近砧臺或遠(yuǎn)離砧臺調(diào)整角部堆600。已知的關(guān)系存在于 遞送到調(diào)節(jié)器606及其響應(yīng)的輸入信號之間。位置調(diào)節(jié)器606與控制 信號發(fā)生器604數(shù)據(jù)通信?？刂菩盘柊l(fā)生器604接收角部堆的諧振頻 率作為輸入，并產(chǎn)生遞送到位置調(diào)節(jié)器606的控制信號。給定角部堆 600的諧振頻率和在位置調(diào)節(jié)器606及其輸入信號之間的響應(yīng)的關(guān)系， 則控制信號發(fā)生器604產(chǎn)生維持在砧臺和角部堆之間的間隙基本不變 的一個控制信號。
控制信號發(fā)生器604可以實施為控制器電路，例如與根據(jù)上述原 理儲存固件/軟件的存儲裝置數(shù)據(jù)通信的處理器。其可選地實施為產(chǎn)生 前述控制信號的ASIC，從而維持間隙基本不變。在下面的公開內(nèi)容中， 公開了位置調(diào)節(jié)器的一個特殊實施例。不必使用下面公開的位置調(diào)節(jié) 器而用于實施本發(fā)明。而且，說明書的前序部分指向根據(jù)角部堆的諧 振頻率確定角部的長度或間隙的長度的特別方法。依照其它的實施例，
這種確定可以通過測量角部堆或它的各個部件的溫度達到。
圖7描述用于調(diào)整角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的一個示意性實
施例。其中的系統(tǒng)包括定向在砧臺704的支撐工件表面702上的角部 700。角部700剛性耦接到框架706?？蚣?06包括嚙合接收器710的 滑部708，使得框架706和角部700可以豎直平移。
框架706還包括通過一對元件714耦接到框架706的力接收盤 712。該力通過施力器施加到力接收盤712(未在圖7中示出)。力將角部 700向砧臺704推進。力的方向用箭頭713指示。力有使接觸表面716 鄰接彈性可變形止擋件718的作用。在彈性可變形止擋件718上施加 的力導(dǎo)致止擋件718變形，并由此表現(xiàn)出向下偏轉(zhuǎn)(g卩，沿著砧臺704 的方向偏轉(zhuǎn))。通常，施加到盤712的力越大，止擋件718表現(xiàn)出向下 的偏轉(zhuǎn)越大。止擋件718表現(xiàn)出的偏轉(zhuǎn)越大，角部700和砧臺704之 間的間隙也越小。
為了維持在角部700和砧臺704之間的間隙不變，可以利用下列 的方案。雖然角部700的溫度不升高，但是初始力施加到盤712，導(dǎo)致 角部700和砧臺704之間的間隙建立在一個"理想"長度。當(dāng)角部700 在操作期間熱膨脹時，間隙變得更小。為了抵消這個作用，施加到盤 712的力減小，導(dǎo)致止擋件718表現(xiàn)更少的偏轉(zhuǎn)，意味著角部700和框 架向上平移(即，遠(yuǎn)離砧臺)。因此，角部700和砧臺704之間的間隙可 以通過對控制到盤712施加的力而基本維持不變。為了保證方案的功 能，施加到盤712的這個初始的力應(yīng)該幅度足以使止擋件718表現(xiàn)出 偏轉(zhuǎn)，其至少在程度上與將被抵消的熱膨脹大小相同。
可變形止擋件714具有彈性，且優(yōu)選有一相對高模量的彈性。通 過選擇有相對高模量的彈性材料，建立一種環(huán)境，其中需要偏轉(zhuǎn)止擋 件714的力與處理力(即，由角部在工件上作用的力)相比更大。這種布 置提供易于控制的設(shè)計。依照一個實施例，止擋件714可以是用鋼或 另外的適當(dāng)材料做成。依照一個實施例，在止擋件714上作用的力不
會引起其中的材料超過它的彈性范圍(即，止擋件714將會在撤消力時 回到它的最初形狀)。進一步，依照一個實施例，止擋件714展示出與
施加到其中的力成比例的偏轉(zhuǎn)，即，在施加到止擋件714的力和由此
展示的偏轉(zhuǎn)度存在線性關(guān)系。
圖8A描述與圖7的調(diào)整系統(tǒng)一起使用的控制系統(tǒng)的一個例子(下 面描述的圖8A的各種不同單元804-810可以實施為儲存在計算機可讀 介質(zhì)中并可由處理器執(zhí)行的軟件，或可以實施為專用硬件，例如一個 或多個專用集成電路，或現(xiàn)場可編程門排列。更進一步，就設(shè)計選擇 而言單元804-810可以合并或分開)。如從圖8A可以看出，系統(tǒng)包括耦 接到超聲波電源802的來源的角部800。間隙確定單元804確定在角部 800和砧臺之間的間隙(未在圖8中示出)。依照一個實施例，間隙確定 單元804獲得來自電源802的角部堆的諧振頻率，且從中確定間隙。 依照另一實施例，間隙確定單元804通過其中的觀察檢測角部800的 諧振頻率。還依照另一實施例，通過測量角部的溫度、從中推出角部 長度、以及根據(jù)角部長度得到間隙長度，間隙確定單元804得到間隙 長度。
間隙確定單元達到的間隙長度供應(yīng)給力確定單元806。力確定單 元806確定要作用在框架(例如，在圖7中的盤712)上的力，從而維持 間隙長度基本不變。由間隙確定單元806達到的力供應(yīng)給控制信號發(fā) 生器808?？刂菩盘柊l(fā)生器808產(chǎn)生控制信號，并將控制信號與施力器 810通信。施力器810展示出在接收的控制信號和其施加的力之間的已 知關(guān)系。因此，控制信號發(fā)生器808根據(jù)該關(guān)系產(chǎn)生控制信號。
圖8B描述間隙確定單元804和力確定單元806的示意性實施例 (下面描述的圖8A的各種不同單元804-810可以實施為儲存在計算機可 讀介質(zhì)中并可由處理器執(zhí)行的軟件，或可以實施為專用硬件，例如一 個或多個專用集成電路，或現(xiàn)場可編程門排列。更進一步，就設(shè)計選 擇而言單元804-810可以合并或分開)。如從圖8B可以看出，間隙確定
單元804包括長度確定單元812和間隙檢測單元814。長度確定單元 812接收角部堆的諧振頻率，且應(yīng)用參考圖4A和4B描述的方法的其 中之一而找出角部長度。之后，角部的長度由間隙探測單元814接收 到。間隙探測單元814得到間隙長度，其借助于角部的長度和安裝方 案強加的特別的幾何形狀知識(例如，間隙長度可以等于在從角部的頂 端到工件支撐表面的長度和角部的長度之間差，Gap=D-L)。
在得到間隙長度后，這個值提供給力確定單元806。該力確定單 元806達到施加到框架的力，從而使間隙保持基本不變。達到的力是 在其它的事物中的函數(shù)，止擋件的長度Lst。p，止擋件的彈性的模量E， 止擋件的橫截區(qū)域A,確定單元804，在間隙所達到的初始間隙長度和 間隙確定單元804所達到的長度之間的差A(yù) ，以及裝配的系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)。
圖9A描述力確定單元806可以操作的方案。力確定單元806可以 包括儲存在存儲裝置中的表格900。表格900依照諧振間隙長度G組 織，并使力F和間隙長度G有關(guān)。因此，當(dāng)接收到間隙長度G時，力 確定單元806使用間隙長度訪問表格900，并確定對應(yīng)于間隙長度G 的力F。例如，假定力確定單元806接收間隙長度G2作為輸入，則單 元806通過訪問表格900響應(yīng)以識別對應(yīng)于間隙長度G2的行。當(dāng)識別 出行時，返回進入其中的F2?？蛇x擇地，表格900可以被訪問以確定 將被遞送到施力器810的控制信號C，或確定與作用在框架上的力保持 已知關(guān)系的任何其它的量。假定力確定單元806接收Gx作為一個輸入， 并假設(shè)G,落在連續(xù)的表格條目(g卩，G,^G^Gw)內(nèi)，則力確定單元 806接著可以訪問表格900以獲得力值Fi和Fi+1，且可以插入在兩個 值之間以達到對應(yīng)于間隙長度G^的力。
在表格900中的各種不同的條目可以通過啟發(fā)式程序事先構(gòu)成， 其中將被施加到框架的力和對應(yīng)于其中的控制信號在表格900內(nèi)對每 個間隙長度G經(jīng)驗式確定?；蛘?，在表格900中的各種不同的條目可 以類似于下面參考圖9B描述的方式通過理論計算構(gòu)成。
圖9B描述力確定單元806可以操作理論上計算的另一方案。例如， 力確定單元806可以通過接收由確定單元804計算的間隙長度CG開 始它的操作，如在操作902中所示。之后，單元806通過計算在初始 間隙IG和計算的間隙CG之間的差值，如在操作904中所示。這個差 值A(chǔ) ，是指止擋件的偏轉(zhuǎn)必須減小以使間隙返回其初始長度所依據(jù)的 量。因此，在操作906中，將被施加到框架新的力F"，可以通過對其 中示出的等式中的&，求解來實現(xiàn)。
圖10描述用于調(diào)整在角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的另一示意 性實施例。焊接系統(tǒng)IOIO有固定到支撐表面1017的焊接系統(tǒng)1030， 和固定到支撐表面1018的砧臺1021。焊接系統(tǒng)1030包括角部1032， 其可以由角部支撐1020支撐并相對于表面1017可動，固定止擋件1055 有相對于表面1017固定的支撐盤1056，和可膨脹的氣動氣囊1061。
氣囊1061用來施加力以將角部支撐1020和角部1032向砧臺1021 移動；力通過調(diào)整在氣囊1061中的氣壓控制。當(dāng)表面1025接觸止擋 件1055時，支撐盤1056在施加的力作用下略微偏轉(zhuǎn)。
在一個特定的例子中，焊接期望的產(chǎn)品的最小可允許的力是600 磅(大約272千克)，其可以由在氣囊1061中的30psig(大約207kPa)的 氣壓產(chǎn)生。期望的固定間隙是0.0020英寸(大約0.05毫米)。
在用鈦制的角部操作的過程中，可以確定溫度將會從室溫增加最 大值50。F(大約27.7。C)，這將會使角部長度增加0.0010英寸(大約0.025 毫米)。結(jié)果，角部132和砧臺121之間的間隙減少為0.0010英寸(大 約0.025毫米)，如果沒有進行補償。支撐盤156的偏轉(zhuǎn)已知為每675 磅力(大約306千克力)是0.0010英寸(大約0.025毫米)。因此，用室溫 角部施加的力一定至少是1125磅(大約510千克)，或60psig(大約 414kPa)。當(dāng)角部操作且長度增加時，施加的氣壓從60psig(大約414kPa)
減少到30psig(大約207kPa)以保持在角部和砧臺之間的間隙不變。
一種焊接裝置，總的配置成利用可變形止擋件裝配控制砧臺和角 部之間的距離，包括具有固定止擋件的砧臺、角部以及安裝的施力器 從而能夠施加力以靠著固定的止擋件擠壓，使得固定止擋件的彈性變 形在角部和砧臺之間的間隙提供好的控制。裝置可以包括感測系統(tǒng)以 監(jiān)測角部的特定屬性并控制施加到角部的力，從而將在角部和砧臺之 間的間隙保持固定的值，即使特定的屬性發(fā)生變化。監(jiān)測的屬性可以 是例如角部溫度、長度或振動頻率。
可使用變形但固定的止擋件來補償角部長度由于熱膨脹的增加， 還能與旋轉(zhuǎn)砧臺、靜止砧臺、旋轉(zhuǎn)角部、靜止角部或其中的任何組合
一起使用。
在使用過程中，將要接合的工件會放置在角部和砧臺之間，能源 將施加到角部，且角部會被激勵，而力會施加到角部以靠著角部推進 固定的止擋件，使得固定止擋件的彈性變形提供對角部和砧臺之間的 間隙更好的控制。
為了使用如上所述的方法，可以為系統(tǒng)確定數(shù)據(jù)，然后將其代入 用于特別單元控制系統(tǒng)的等式。申請人已經(jīng)用上述系統(tǒng)的下列方法，
但是該方法能施加到不同結(jié)構(gòu)的其它系統(tǒng)。等式可以使用工程原理或 使用來自各個系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)。
等式2-5最適宜于兩個變量的線性系統(tǒng)。等式的斜率和截距由來 自系統(tǒng)的最適宜的測量數(shù)據(jù)經(jīng)驗性確定。測量在變量之間的關(guān)系能相 似地產(chǎn)生任一特別系統(tǒng)的斜率和截距。優(yōu)選的是，系統(tǒng)在操作區(qū)域中 表現(xiàn)線性，但是如果系統(tǒng)是非線性，則可以使用二階的或者更高階的等式。申請人己經(jīng)發(fā)現(xiàn)并在超聲波焊接期間使用下面描述的用于控制間 隙的方法。
首先，對于如上所述的旋轉(zhuǎn)的超聲波系統(tǒng)，確定下列的參數(shù)-
(1) 角部直徑=6.880"
(2) 環(huán)境溫度。F:650F
(3) 環(huán)境溫度下的頻率=19.986 KHz
(4) 間隙被設(shè)定時的壓力=72.5 psig
(5) 用于處理的間隙設(shè)定點=2密耳(l密耳=0.001英寸) 角部的材料屬性也是已知的，
(6) 熱膨脹的系數(shù)，<formula>formula see original document page 20</formula>
當(dāng)系統(tǒng)被激勵并操作時，角部溫度將會增加。因此下一步，確定 什么會是溫度Tfinal，其中當(dāng)連續(xù)焊接時不會有間隙余下(即，2.0密耳 間隙變到零，例如在角部和砧臺之間接觸)。這個溫度可以通過對等式 1求解得出
(等式1)
<formula>formula see original document page 20</formula>
在等式1中，Tf^是間隙消失的溫度，IG是當(dāng)系統(tǒng)建立并且沒 有處于操作時設(shè)定和測量的初始間隙(以密耳為單位)，D是旋轉(zhuǎn)角部的 外部直徑，而a是角部材料的熱膨脹系數(shù)。使用鋁角部的上述輸入對 等式1求解得出溫度為172.7 deg F，其中間隙將會在操作期間根據(jù)角 部的加熱變到零。因此，如果角部加熱到172.67°F，則不會余有間隙。 因此對溫度有一個上限。對于任一給定系統(tǒng)的上限可以使用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)
的等式1解出。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解相似的等式源自其它的幾何 形狀，且能確定避免間隙消失的上限操作溫度。
由于難以測量在角部的動態(tài)諧振狀態(tài)下的溫度，申請人使用給出 間接但正確的溫度測量的替代品。代替直接測定溫度，角部頻率通過 在操作期間測量角部頻率確定，然后使用下列的等式2確定溫度
(等式2)入畫=-0.0017叮力^+20.096
在等式2中，A,是角部在間隙達到零之前可以操作的最小頻率， 線性方程的系數(shù)已經(jīng)通過實驗經(jīng)驗性確定。對等式2求解得出輸入?yún)?數(shù)，當(dāng)角部頻率下降至少于19,802赫茲時間隙將會變成零。因為角部 頻率是能使用本領(lǐng)域技術(shù)人員使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備容易測量的參數(shù)。使用 等式1和2，可以確定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的最小操作頻率，其將會防止間隙閉合， 這將會導(dǎo)致產(chǎn)品損害以及由于接觸對角部和/或砧臺有害。
使用等式1和2，現(xiàn)在有能力使間隙與溫度有關(guān)和溫度與頻率有 關(guān)。因此，可以使間隙與頻率有關(guān)。在正常操作期間，當(dāng)材料在間隙(或 者尖端)中時，難以測量間隙，但是使用上述原理，頻率可以用來確定 間隙。角部頻率和在角部和砧臺之間的間隙之間的關(guān)系能使用下面等 式3(可以作為頻率函數(shù)的間隙求解或反之亦然)確定
(等式3)入=0. 0965*間隙+ 19. 7925
在等式3中，入是角部頻率，且間隙以密耳(l密耳=0.001英寸) 測量。對1密耳的間隙求解等式3給出頻率為19，889赫茲。注意現(xiàn) 在有一種方式確定間隙作為頻率的函數(shù)變化。使用由等式1-3由此確定 的數(shù)據(jù)，施加到角部/砧臺布置的力能被控制以當(dāng)在焊接操作期間角部 的溫度和頻率變化時，保持操作間隙不變。 為了控制間隙并保持其為恒定的操作值，施加到系統(tǒng)的壓力被控 制，由此當(dāng)它在操作期間加熱時補償角部的熱膨脹?；氐缴鲜龅睦?， 當(dāng)間隙減到1密耳時，需要減少作用在系統(tǒng)上的壓力以便系統(tǒng)能保持 或者返回2密耳的初始間隙設(shè)定。因此，為了補償熱膨脹，壓力減少 以使間隙回到2密耳。
為了適當(dāng)?shù)販p少壓力，首先需要確定壓力和頻率之間的關(guān)系，如 下面的等式4所示
(等式4)P補償=-367. 3404*入+7412. 7731-P設(shè)定點
其中P補償在系統(tǒng)上的壓力(每方寸計量的磅值)減小，入是從等式 3確定的頻率，而P^^在初始間隙設(shè)定點的壓力。
例如，使用上述參數(shù)，可以確定當(dāng)由于角部由于熱膨脹而膨脹1 密耳時，需要移動的壓力減少回復(fù)到2密耳的初始間隙。
例子:如果間隙變成l密耳，需要的壓力補償是多少？
首先，從等式(3)計算1密耳的間隙頻率(即19.889赫茲，如前所 述)。然后將該值代入等式4，得到
P補償=-367. 3404(19. 889)+7412. 7731-72. 5
=106. 7399-72. 5 P補f 34.24 psig(操作壓力的減少量)
在已經(jīng)確定了壓力以補償熱膨脹之后，可以驗證什么是壓力補償 的間隙。這個間隙應(yīng)該粗略等于初始間隙加上由于熱膨脹的間隙變化。 為了驗證，首先壓力和間隙之間的關(guān)系由下面的等式5確定
(等式5) P補償=35. 461*(間隙@壓力補償)+142. 205
例如，在34.24psig(從等式4)的壓力補償，可以重新布置等式5 并解出間隙
間隙@壓力補償=(34. 24-142. 205)/-35. 461=3. 045密耳
因此，因為初始間隙設(shè)定在2.0密耳且間隙變化是1密耳，所以 可以確認(rèn)模型。因此，為了補償在操作期間由于角部加熱產(chǎn)生的密 耳膨脹，可以打開間隙l密耳，由此回復(fù)初始的2.0密耳間隙。
因此，使用上述用于確定操作參數(shù)的等式(或為了線性角部或其它 幾何形狀導(dǎo)出它們的等量)，能確定旋轉(zhuǎn)超聲波焊接過程的操作極限。 例如，使用等式1和間隙設(shè)定點(目標(biāo))的值得出操作溫度限度。超聲波 角部的操作頻率限度使用等式2并使用來自等式1的溫度限度值得出。 間隙變化的頻率使用等式3并將間隙值作為輸入得出。間隙變化的溫 度使用等式2得出，但使用從等式3確定的頻率值。間隙變化的壓力 補償使用等式4但使用來自等式3的頻率值得出。在壓力補償(在周圍 溫度)的間隙使用等式5得出，但是使用來自等式4的壓力補償值。
還有另一種方案，其中可以控制在角部和砧臺之間的間隙。如前 所述，在超聲波焊接的情況下，角部由聲信號驅(qū)動，通常范圍在20，000 到40，000赫茲內(nèi)。圖IIA描述當(dāng)聲波沿著它的縱軸傳播時的角部的表 面1100。聲波的傳播方向用箭頭1102指示。從圖IIA中可以看出，當(dāng) 聲波沿著角部的縱軸傳播時，角部表面的IIOO被擾動，且因此表現(xiàn)出 直立波形1104。直立波形1104表現(xiàn)出峰峰值幅度，稱作角部表面表現(xiàn) 的"移位"。峰峰值幅度或表面移位是沿著角部傳播的聲信號幅度的 函數(shù)。當(dāng)然，聲信號幅度是供給到耦接到角部的轉(zhuǎn)換器的電信號的幅
度的函數(shù)。因此，角部表面iioo表現(xiàn)的移位是傳遞給轉(zhuǎn)換器的電信號
的幅度的函數(shù)。典型地，傳遞給轉(zhuǎn)換器的電信號的幅度越大，沿著角
部傳播的聲信號的幅度越大；沿著角部傳播的聲信號的幅度越大，在 角部表面1100上表現(xiàn)的移位越大。
如從圖IIA可以看出的，角部表面1100和砧臺1106表面之間的 間隙是移位的函數(shù)。當(dāng)角部表現(xiàn)出更大的表面移位時，角部表面和砧 臺表面之間的間隙減小。
在更進一步進行之前，要指出圖IIA和IIB沒有依比例畫出，而 且其中的一些特征，例如表面移位已經(jīng)為了例示而過分放大(典型的角 部可以表現(xiàn)出大約2-3密耳表面移位，例如當(dāng)在正常情況下操作時)。
為了討論的目的，在圖IIA中示出的仿真表面移位信號的電壓的 幅度稱為Amplitudes圖IIB描述IIA的角部表面1100，當(dāng)在由具有 幅度Amplitude2 (Amplitude2小于Amplitude,)的電壓信號仿真時其 出現(xiàn)。如從圖IIA和IIB之間的比較可以看出，當(dāng)仿真角部的電壓信 號的幅度減小時，角部表面IIOO和砧臺1106之間的間隙增大，因為 角部表面1100沒有向砧臺移位很大。
如前所述，在典型的焊接操作期間，角部可以表現(xiàn)出例如3密耳 級別的表面移位。然而，焊接操作可以產(chǎn)生滿意的產(chǎn)品，即使表面的 移位被減少例如33%也可以。因此，每一上述的例子，焊接操作可以用 表現(xiàn)出只要2密耳的移位的角部執(zhí)行。接著，其跟隨焊接操作可以使 用足夠幅度的電信號初始化來仿真3密耳表面移位。在操作期間，角 部經(jīng)受熱膨脹，意味著當(dāng)砧臺向角部膨脹時，在角部和砧臺之間的間 隙減小。為了抵消這種作用，可以減弱仿真角部電信號的幅度，從而 產(chǎn)生小于初始3密耳的表面移位，由此維持間隙基本不變。當(dāng)然，在 需要至少2密耳移位以生產(chǎn)一種適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品的操作情況下，電信號不 應(yīng)該被減弱到角部表面表現(xiàn)出少于需要的2密耳的移位的程度。
用于控制角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的示意性實施例在圖12A
中示出。從圖12A可以看出，系統(tǒng)包括角部1200(其依次包括轉(zhuǎn)換器和 升壓器)，這由來自電源1202的AC電源的電信號提供。電源1202與 角部1200與間隙確定組件1204通信諧振頻率(如前所述，電源1202 檢測角部堆的諧振頻率并在該頻率驅(qū)動角部堆)。
間隙確定組件1204基于如前所述的諧振頻率確定間隙的長度(或 者，可以確定間隙的變化，或可以確定與角部的長度保持已知關(guān)系的 任一其它值)。之后，間隙長度(或其中的變化)供給幅度確定模塊1206。 作為響應(yīng)，幅度確定模塊識別將由電源傳遞的電信號的適當(dāng)幅度，從
而維持間隙基本不變。幅度可以從一張查詢表格中得到，或可以通過 計算得到。由此確定的幅度與控制信號產(chǎn)生模塊1208通信，其產(chǎn)生適 當(dāng)?shù)闹噶罨蛘呖刂菩盘柖闺娫?202調(diào)整信號的幅度至幅度確定模塊 1206選擇的幅度。
如前所述，每個模塊1204-1208可以實施為專用硬件，例如彼此 合作的一個或多個ASIC。或者，模塊1204-1208可以實施為儲存在存
儲器中并由其中通信的處理器運行的軟件/固件。如果實施為固件/軟 件，組成模塊1204-1208的指令可以由相同的處理器運行，或為了設(shè)
計選擇起見可以由多個處理器運行。
控制角部和砧臺之間的間隙的系統(tǒng)的另一示意性實施例在圖12B 中示出。圖12B的系統(tǒng)利用間隙可以調(diào)整的兩個不同方案(l)控制角 部、它本身的位置；禾卩(2)控制角部表現(xiàn)出表面移位量。如從圖12B可 以看出，系統(tǒng)包括角部1210(其依次包括轉(zhuǎn)換器和升壓器)，這由來自 電源1212的AC電信號提供。電源1212與間隙確定模塊1214通信角 部1210的諧振頻率(如前所述，電源1212檢測角部堆的諧振頻率并在 該頻率處驅(qū)動角部堆)。
間隙確定模塊1214基于如前所述的諧振頻率確定間隙的長度(或 者可以確定間隙的變化，或可以確定與角部的長度保持已知關(guān)系的其
它任一值)。之后，間隙長度(或其中的變化)供應(yīng)給幅度確定模塊1216 和調(diào)節(jié)器1220。調(diào)節(jié)器1210是能改變角部位置的系統(tǒng)，如在圖7和 10中顯示的調(diào)整系統(tǒng)，其通過改變角度而改變彈性止擋件的變形來調(diào) 整角部的位置。如在圖12A的實施例中的情形，幅度確定模塊1216識 別將由電源傳遞的電信號的適當(dāng)幅度，從而維持間隙基本不變。然而， 幅度確定單元1216與調(diào)節(jié)器1220合作以共同調(diào)整位置和/或調(diào)整由電 源1212供應(yīng)的AC信號的幅度，從而獲得基本維持間隙不變的最終目 標(biāo)。
例如，依照一個實施例，幅度確定單元1216和調(diào)節(jié)器1220依照 在圖13中描述的方法操作。如其中所示，兩個模塊1216和1220接收 來自確定單元1214的間隙長度，或在其中的變化，如在操作1300中 所示。其后(假定在實施例中，其中調(diào)節(jié)器1220包括靠著有彈性可變 形止擋件推進角部的施力器)，幅度確定單元1216從調(diào)節(jié)器1220接收 由此施加的力(操作1302)。下一步，如操作1304所示，力與焊接操作 可接收的力的下限相比。如果力仍然高于上限，那么調(diào)節(jié)器1220確定 施加所需要的力的新的力，且由此調(diào)整力(操作1306)。另一方面，如 果力已經(jīng)達到下限，那么力不應(yīng)該進一步減少，且控制傳給操作1308， 其中可以確定表面移位的幅度是否已經(jīng)達到其下限。如果否，控制被 傳給操作1310，因此幅度確定模塊1216識別將由電源遞送的電信號的 適當(dāng)幅度，從而維持間隙基本不變。由此確定的幅度與控制信號產(chǎn)生 模塊1218通信，其產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹噶罨蛘呖刂菩盘栆允闺娫?212調(diào)整 信號的幅度至幅度確定模塊1216選擇的幅度。另一方面，如果表面移 位的幅度已經(jīng)到達其下限，那么控制傳給操作1312，并產(chǎn)生報警以指 出間隙不能維持在恒定的長度而既不減小它的可接受限度下的處理 力、也不減小在它的可接受限度下的角部的表面移位。
雖然圖13的操作已經(jīng)描述為由幅度確定模塊1216執(zhí)行，但是操 作可以由在圖12B中描述的任一模塊運行，或可以由指定為協(xié)調(diào)幅度 確定模塊1216和調(diào)節(jié)器1220操作的另外的模塊運行。
進一步，可以注意到，在操作1302中，調(diào)節(jié)器1220可以將角部 的位置與圖13的方法的模塊通信。然后，在操作1304中，角部位置 可以與表示調(diào)節(jié)器1220的能力的位置極限相比以撤回來自砧臺的角 部。換言之，在操作1304中，可以確定調(diào)節(jié)器1220是否已經(jīng)撤回來 自砧臺的角部，如調(diào)節(jié)器1220能夠做到的那樣。
依照另一實施例，幅度確定單元1216和調(diào)節(jié)器1220依照在圖14 描述的方法操作。如其中所示，兩個模塊1216和1220接收來自間隙 確定單元1214的間隙長度，或在其中的變化，如操作1400所示。之 后(假定在實施例中，其中調(diào)節(jié)器1220包括靠著有彈性可變形止擋件 的推進角部的施力器)，幅度確定單元1216從調(diào)節(jié)器1220接收由此施 加的力(操作1402)。下一步，如操作1404所示，可以確定表面移位的 幅度是否已經(jīng)達到其下限。如果否，控制傳給操作1406，因此幅度確 定模塊1216識別將由電源1212遞送的電信號的適當(dāng)幅度，從而維持 間隙基本不變。由此確定的幅度與控制信號產(chǎn)生模塊1218通信，其產(chǎn) 生適當(dāng)?shù)闹噶罨蛘呖刂菩盘栆允闺娫?212調(diào)整信號的幅度至幅度確定 模塊1216選擇的幅度。另一方面，如果角部表現(xiàn)的表面移位的幅度已 經(jīng)到達其下限，那么力不應(yīng)該進一步減小，并且控制傳給操作1408， 其中可以確定在操作1402期間接收到的力值是否是焊接操作的可接受 的力的下限。如果力仍高于上限，那么調(diào)節(jié)器1220確定施加所必需的 力，而且由此調(diào)整力的新的力(操作MIO)。另一方面，如果力己經(jīng) 到達其下限，那么控制傳到操作1412，并產(chǎn)生報警以指出間隙不能維 持在固定的長度而既不減小它的可接受限度下的處理力、也不減小在 它的可接受限度下的角部的表面移位。
雖然圖14的操作已經(jīng)描述為由幅度確定模塊1216運行，但是操 作可以由在圖12B中描述的任一模塊運行，或可以由指定專用于協(xié)調(diào) 幅度確定模塊1216和調(diào)節(jié)器1220的操作的另外的模塊運行。
而且，可以注意到在操作1402過程中，調(diào)節(jié)器1220可以與執(zhí)行 圖14的方法的模塊通信角部的位置。然后，在操作1408中，角部的 位置可以與表示調(diào)節(jié)器1220的能力的位置限度比較以從砧臺撤回角 部。換言之，在操作1408中，確定調(diào)節(jié)器1220是否已經(jīng)從砧臺撤回 角部，如調(diào)節(jié)器1220能夠做到的那樣。
當(dāng)閱讀和理解用于控制超聲波焊接系統(tǒng)的前面的過程時，本領(lǐng)域 技術(shù)人員將會理解用于系統(tǒng)的間隙控制能通過測量角部的操作頻率實 現(xiàn)，以及調(diào)整力，例如，控制間隙的壓力。對于任何角部的幾何形狀， 能夠?qū)С龌蚪?jīng)驗性地確定具體的等式，包括線性的和旋轉(zhuǎn)的角部。
上面描述的各種不同的實施例只是以實施例的方式提供而不應(yīng)該 構(gòu)成限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易認(rèn)識到，可以對本發(fā)明進 行各種不同的修改和變化，而不限于在此例示和描述的實施例和申請， 并且不會背離由下列的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將角部鄰近于砧臺放置，從而在角部和砧臺之間建立一個間隙；將力施加到角部，由此向砧臺推進所述角部；將可變形止擋件放置在一個位置，使得施加的推進力導(dǎo)致操作性連接到角部的元件鄰接所述可變形止擋件，并使所述止擋件變形；以及在所述角部操作期間反復(fù)調(diào)整推進力，從而調(diào)整所述可變形止擋件的變形程度，并維持角部與砧臺之間的間隙基本不變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 的間隙計算調(diào)整的推進力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 述可變形止擋件的剛度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 角部和砧臺之間的間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 監(jiān)測角部和砧臺之間的間隙。還包括基于所述角部和砧臺之間其中所述調(diào)整的推進力還基于所還包括基于所述角部的溫度監(jiān)測還包括基于所述角部的諧振頻率
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將推進力施加到角部包 括使操作性連接到所述元件的氣囊膨脹。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于所述角部和砧臺之間 的間隙確定與調(diào)整的推進力保持已知關(guān)系的量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定與調(diào)整的推進力保 持己知關(guān)系的量的行為包括訪問一個表格以獲得對應(yīng)于所述間隙的調(diào) 整的力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定與調(diào)整的推進力保 持已知關(guān)系的量的行為包括訪問一個表格以獲得對應(yīng)于間隙的控制信號值。
10. —個系統(tǒng)，包括安裝部，包括平移元件和固定的彈性可變形止擋件； 角部，該角部耦接到所述超聲能量源，所述角部操作性連接到所 述平移元件；砧臺，通過一個間隙與角部分離；以及施力器，配置成向砧臺推進角部，以及通過改變角度使操作性耦 接到所述角部的元件接觸所述可變性止擋件并使其變形，從而使得在 所述角部和砧臺之間的間隙在系統(tǒng)操作期間基本保持不變。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述施力器包括操作性連 接到所述元件的可膨脹氣囊。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述彈性可變形止擋件包 括一個鋼制主體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述彈性可變形止擋件表 現(xiàn)出一個偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)基本與施力器施加的力成比例。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述角部有一個縱軸，所 述砧臺有一個工件支撐表面，其中所述角部的縱軸基本垂直于所述砧 臺的支撐表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述角部有一個縱軸，所 述砧臺有一個工件支撐表面，且其中所述角部的縱軸基本平行于所述 砧臺的支撐表面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述施力器施加響應(yīng)于控 制信號的力，且其中所述系統(tǒng)還包括配置成將控制信號傳遞給所述施 力器的控制器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括處理器和 存儲器，且其中所述存儲器儲存一組指令，當(dāng)執(zhí)行該指令時，使處理 器執(zhí)行下列的行為確定角部長度的變化；基于所述的長度變化，確定所述角部與砧臺之間的間隙；以及基于所述間隙，確定由施力器施加的力。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述存儲器還存儲一些指 令，當(dāng)運行該指令時，使所述處理器確定將被傳遞到所述施力器的控制信號。
19. 一個系統(tǒng)，包括角部，該角部通過安裝系統(tǒng)與所述砧臺分離； 耦接到所述角部的超聲能量源；以及用于在角部經(jīng)受熱膨脹的同時將所述分離程度基本維持在不變的 長度的裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述用于將所述分離程度 基本維持在不變的長度的裝置包括彈性可變形止擋件，其配置成使得 其變形確定了所述角部和砧臺之間的分離程度。
全文摘要
一種用于調(diào)整超聲波焊接系統(tǒng)中的角部(700)和砧臺(704)之間的間隙的系統(tǒng)和方法，包括鄰近砧臺放置角部從而在角部和砧臺之間建立間隙的行為。力施加到角部，從而向砧臺推進角部。可變形止擋件(718)放置在一個位置，使得可操作性連接到角部的元件(716)鄰接可變形止擋件，并使止擋件變形。推進力在角部操作期間被反復(fù)調(diào)整，由此調(diào)整可變形止擋件的變形程度，并維持角部和砧臺之間的間隙基本不變。
文檔編號B29C65/08GK101115609SQ200580045854
公開日2008年1月30日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者保羅·M·費蒂格, 唐納多·S·奧布拉克, 唐納德·L·泊察爾特, 約翰·R·姆利納, 薩蒂德爾·K·納亞爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司