本實用新型涉及焊接機領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超聲波焊接機。

背景技術(shù)：

超聲波焊接是應(yīng)用于熱塑性塑料焊接的一種技術(shù)。通常情況下，超聲波焊接機包括機架，底座以及焊頭。

一般的焊接過程如下：首先，將夾緊塑料工件的夾具安裝在超聲波焊接機機的底座上，將要焊接的兩個塑料工件置于夾具上，手動完成工件定位后，焊頭下降壓緊工件，當(dāng)焊接機達(dá)到設(shè)定的壓緊力(又稱為觸發(fā)力)后，焊頭將發(fā)出超聲波，使兩個塑料工件在接觸面上產(chǎn)生高頻的摩擦進(jìn)而產(chǎn)生熱量，使得該接觸面被熔化；待工件冷卻后，這兩個塑料工件被連接為一體；最后，將焊頭提升，并取出塑料工件。

現(xiàn)有的超聲焊接機，采用氣缸驅(qū)動來控制焊頭的升降。焊頭升降系統(tǒng)包括氣缸，電磁閥等管路元件；其中，電磁換向閥控制氣缸的升出和縮回，電磁比例閥控制伸縮的速度，氣缸頂出的壓力通過手動的減壓閥來調(diào)節(jié)。在焊接開始前，操作員先手動設(shè)定減壓閥壓力，然后啟動焊接，氣缸頂出，焊頭下降，接觸焊件后，機器自動啟動超聲發(fā)射功能。在焊接過程中，氣缸處于保持狀態(tài)，不切換電磁閥。當(dāng)超聲發(fā)射結(jié)束后，進(jìn)入保壓階段，氣缸繼續(xù)處于保持狀態(tài)，直至到達(dá)保壓時間。焊接完成后，氣缸縮回原位，焊接循環(huán)結(jié)束。

因此，除了需要電源外，相關(guān)技術(shù)中的超聲波焊接機還需要氣源才能正常使用，然而，由于氣動系統(tǒng)運行的速度慢，每個焊接循環(huán)時間相對較長，且氣動系統(tǒng)的能耗效率低。此外，氣缸對焊頭的運動速度和位置的控制精確度不高，

針對相關(guān)技術(shù)中的超聲波焊接機能耗效率低以及焊頭的控制精度低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供一種超聲波焊接機。

一方面，本實用新型提供了一種超聲波焊接機，所述超聲波焊接機包括：

底座，

機架，設(shè)置在所述底座上，

焊頭，安裝在所述機架上；

電動缸，用于驅(qū)動所述焊頭；

伺服驅(qū)動器，用于控制所述電動缸；以及

控制器，用于控制所述伺服驅(qū)動器。

優(yōu)選地，所述電動缸包括伺服電機和絲桿，其中，所述電動缸為直線式電動缸或折返式電動缸。

優(yōu)選地，所述超聲波焊接機還包括：

位置傳感器，用于檢測所述焊頭的伸出位置；所述位置傳感器設(shè)置在所述機架和所述焊頭上，并接入所述控制器。

優(yōu)選地，所述超聲波焊接機還包括：

測力傳感器，用于檢測所述焊頭上的壓力；所述測力傳感器設(shè)置在所述絲桿的輸出端，并接入所述控制器。

優(yōu)選地，所述伺服電機上設(shè)置有通過電機軸的旋轉(zhuǎn)編碼器，以檢測所述伺服電機的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，所述控制器為可編程控制器，所述控制器的控制周期小于或等于1ms。

通過本實用新型提供的超聲波焊接機，采用純電動的運動控制系統(tǒng)來控制超聲波焊接機的焊頭的升降，超聲波焊接機只需要電源輸入即可正常運行；而且采用伺服控制技術(shù)，可以實現(xiàn)對焊頭升降速度、焊接壓力、焊接深度等參數(shù)的精確閉環(huán)控制，進(jìn)而使工件的焊接精度、成品率明顯提高，同時還可以提高焊接頻率，使超聲波焊接機更適用于高精度的產(chǎn)品。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例提供的直線式電動缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施例提供的折返式電動缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的控制示意圖；

圖6是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的控制電路圖；

圖7是根據(jù)本實用新型實施例提供的伺服驅(qū)動器的控制原理圖；

圖8是根據(jù)本實用新型實施例提供的壓力閉環(huán)的控制框圖；

圖9是根據(jù)本實用新型實施例提供的位置閉環(huán)的控制框圖；

圖10是根據(jù)本實用新型實施例提供的串聯(lián)控制框圖，其中位置指令為最終的控制目標(biāo)；

圖11是根據(jù)本實用新型實施例提供的串聯(lián)控制框圖，其中壓力指令為最終的控制目標(biāo)；

圖12是根據(jù)本實用新型實施例提供的并聯(lián)控制框圖。

具體實施方式

下文中將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本實用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

一方面，本實用新型提供了一種超聲波焊接機，如圖1所示，超聲波焊接機1包括底座11，機架12，焊頭13，電動缸14，伺服驅(qū)動器以及控制器，其中，機架12設(shè)置在底座11上，電動缸14和焊頭13均安裝在機架12上；電動缸14可用于驅(qū)動焊頭13，伺服驅(qū)動器可用于控制電動缸14，控制器可用于控制伺服驅(qū)動器。

本實用新型設(shè)計的超聲波焊接機采用純電動的運動控制系統(tǒng)來控制該超聲波焊接機的焊頭的升降，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣缸控制。超聲波焊接機1只需要電源輸入即可正常運行，無需額外增加氣源，在保證正常運行的前提下使其結(jié)構(gòu)更加地簡化。

圖2是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

作為一個較優(yōu)的實施方式，電動缸14包括伺服電機141和絲桿142，并且電動缸14為直線式電動缸。伺服電機141可以精確控制旋轉(zhuǎn)的速度、扭矩、轉(zhuǎn)動角度，絲桿142將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動。

作為另一個較優(yōu)的實施方式，電動缸14包括伺服電機141和絲桿142，并且電動缸14為折返式電動缸。

需要說明的是，根據(jù)伺服電機141與絲桿142的相對位置的不同，電動缸可以分為多種形式，例如，如圖3所示的直線式電動缸，或如圖4所示的折返式電動缸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境的需求，選擇直線式電動缸或折返式電動缸或其他適合的電動缸。

作為一個較優(yōu)的實施方式，超聲波焊接機還包括：位置傳感器15，用于檢測焊頭13的伸出位置；位置傳感器15設(shè)置在機架12和焊頭13上，并接入控制器。

作為另一個較優(yōu)的實施方式，超聲波焊接機還包括：測力傳感器16，用于檢測焊頭13上的壓力；測力傳感器16設(shè)置在絲桿142的輸出端，并接入控制器。

作為另一個較優(yōu)的實施方式，伺服電機141上設(shè)置有通過電機軸的旋轉(zhuǎn)編碼器143，以檢測伺服電機141的轉(zhuǎn)速。

如圖5是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的控制過程示意圖，圖6是根據(jù)本實用新型實施例提供的超聲波焊接機的控制電路圖；通過圖6的電路圖可以實現(xiàn)圖5中所示的控制過程。

如圖所示，旋轉(zhuǎn)編碼器可檢測伺服電機的轉(zhuǎn)速，測力傳感器可檢測焊頭的壓力，位置傳感器可檢測焊頭的位移，將這些傳感器信號都接至控制器中，以實現(xiàn)對焊頭13的運動速度、運動位置、壓力等過程量的精確控制。

通過上述控制，本實用新型提供的超聲波焊接機的焊接精度、成品率明顯提高，同時還可以提高焊接頻率，使超聲波焊接機更適用于高精度的產(chǎn)品。

作為一個較優(yōu)的實施方式，控制器為可編程控制器，控制器的控制周期小于或等于1ms?？刂破髂軌?qū)C械運動部件(如焊頭)的位置，速度等進(jìn)行實時控制，使其按照設(shè)定的運動軌跡和規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行運動。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境的不同，選擇適合的控制器。

本實用新型實施例中的超聲波焊接機的控制可為兩個層次：

底層：伺服驅(qū)動器通過電機軸的旋轉(zhuǎn)編碼器信號，實現(xiàn)實時高精度的電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，其控制原理如圖7所示。

上層：控制器根據(jù)不同的焊接參數(shù)，控制電動缸升降運動的速度曲線，由于接入測力傳感器和位置傳感器，在控制器內(nèi)部還能構(gòu)建壓力的閉環(huán)控制和位置的閉環(huán)控制，對整個焊接過程中的觸發(fā)壓力，焊接壓力和焊接深度等過程量進(jìn)行高速控制。壓力閉環(huán)和位置閉環(huán)的控制框圖分別如圖8和圖9所示。

通過以上的閉環(huán)控制，運動控制器根據(jù)給定的壓力或位置指令，及反饋的實際壓力或?qū)嶋H位置信號，控制伺服電機運轉(zhuǎn)；使得實際壓力或?qū)嶋H位置快速準(zhǔn)確的達(dá)到指令要求。

作為一個優(yōu)選的實施方式，位置閉環(huán)包括：控制器接收由位置傳感器測量的位置信號，并根據(jù)該測量的位置信號和接收到的位置指令獲得該速度指令，并將該速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動器。

作為一個優(yōu)選的實施方式，壓力閉環(huán)包括：控制器接收由測力傳感器測量的壓力信號，并根據(jù)該測量的壓力信號和接收到的壓力指令獲得該速度指令，并將該速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動器。

作為一個優(yōu)選的實施方式，位置閉環(huán)和壓力閉環(huán)之間可以采用串聯(lián)控制或并聯(lián)控制，具體有幾種類型，包括：串聯(lián)控制和并聯(lián)控制。

在一個焊接過程中，通常包括多個階段。如，一個壓力觸發(fā)階段，多個焊接階段和一個保壓階段。在不同階段，控制的目標(biāo)是不同的。比如，壓力觸發(fā)階段，壓力是控制目標(biāo)，位置和速度是輔助控制參數(shù)；在焊接階段，壓力，速 度或位置其中任意一個可能是控制目標(biāo)，而其余兩個則是輔助控制參數(shù)；在保壓階段，壓力或位置其中一個可能是控制目標(biāo)，而其余兩個則是輔助控制參數(shù)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，串聯(lián)控制可以包括兩種控制方式。

第一種串聯(lián)控制：位置閉環(huán)的輸出，作為壓力閉環(huán)的輸入，與壓力指令一同運算，最終輸出結(jié)果到伺服驅(qū)動器的速度給定上，如圖10所示，即位置閉環(huán)在前，壓力閉環(huán)在后。

這種模式一般用于這樣的場合：位置指令是主要控制目標(biāo)，而在過程中，壓力指令作為限制，即實際壓力需要被限制在壓力指令的范圍內(nèi)。

第二種串聯(lián)控制：壓力閉環(huán)的輸出，作為位置閉環(huán)的輸入，與位置指令一同運算，最終輸出結(jié)果到伺服驅(qū)動器的速度給定上，如圖11所示，即壓力閉環(huán)在前，位置閉環(huán)在后。

這種模式一般用于這樣的場合：壓力指令是主要控制目標(biāo)，而在過程中，位置指令作為限制，即實際位置需要被限制在位置指令的范圍內(nèi)。

作為另一個優(yōu)選的實施方式，并聯(lián)控制包括：位置閉環(huán)的輸出和壓力閉環(huán)的輸出進(jìn)行混合運算，其運算結(jié)果作為速度指令發(fā)送至伺服驅(qū)動器，如圖12所示。即在一個過程中，可以靈活地切換這兩種指令之一為控制目標(biāo)，并且在切換時，速度不會突變，平滑過渡，達(dá)到壓力控制和位置控制無縫切換的理想結(jié)果。

需要說明的是，如上所述的控制方法(包括串聯(lián)控制和并聯(lián)控制)，并不僅限于壓力和位置這兩個過程信號，還可以包括其他的過程信號，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境的需求，采用其他過程信號接入超聲波焊接機，并且采用串聯(lián)和并聯(lián)的方式構(gòu)成多閉環(huán)的控制方法。

通過本實用新型提供的超聲波焊接機，采用純電動的運動控制系統(tǒng)來控制超聲波焊接機的焊頭的升降，焊頭的升降速度、焊接壓力、焊接深度等參數(shù)的精度較高，且升降速度快，大大縮短了焊接周期時間，提高了生產(chǎn)效率，使超聲波焊接機更適用于高精度的產(chǎn)品；同時，電動缸維護(hù)方便，只需定期潤滑即可，壽命比氣缸更長。

綜上所述，本實用新型的超聲波焊接機可以將壓力控制、位置控制和速度 控制組合起來，共同控制伺服驅(qū)動器，從而可以靈活地適應(yīng)不同的控制目標(biāo)。

需要說明的是，這些技術(shù)效果并不是上述所有的實施方式所具有的，有些技術(shù)效果是某些優(yōu)選實施方式才能取得的。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。