智能型超聲波焊接機
智能型超聲波焊接機
產品詳細介紹：
智能型超聲波焊接機特點：
a.頻率自動調節，自動適應超聲波模具頻率，電腦時刻掃面超聲波振動狀態，自動校正機器的工作參數，使超聲波焊接始終穩定可靠；
b.超聲波振幅0%--99%無級可調，適應焊接不同的產品類型；
c.超聲波頻率顯示
d.脫模功能，有些產品焊接后會粘附在上模工作面上，脫模功能可以解決；
e.多重保護功能，頻率保護；電流保護；相位保護；斷線開路保護；為你的焊機保駕護航。
智能型超聲波發生器，數字電路超聲波發生器。
2 焊接過程分析
為了獲得焊接過程的內在規律,智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機利用自行研制的能量模式控制的超聲焊機數據采集口對焊接過程的功率變化進行了測量研究。圖1 是一個典型的焊接過程中經過濾波后的聲學系統功率輸出曲線。觀測到的這種功率變化規律與文獻[2 ]焊接階段推理是一致的。如圖2 所示,該文將焊接過程分為四個階段:階段1 ,由于超聲振動所致的界面摩擦使導能筋首先熔化,并在壓力作用下鋪展,隨著熔化進行,熔化率變慢;階段2 ,上下工件開始接觸,熔化率趨于穩定,熔融物分布面積逐
漸增大;階段3 ,該階段的特點是:穩態熔化,界面間的溫度分布趨于均勻,并形成了一定厚度的熔融物。階段4 ,在焊頭振動停止的瞬間,大量的熔融物擠出,接頭在壓力作用下凝固。本文獲得功率曲線反應了上述的階段信息,開始階段導能筋處于固態,阻抗較大,使焊機輸出較大功率。隨著導能筋的熔化,接頭阻抗迅速下降,焊機輸出功率降低,隨著導能筋的逐漸熔化,上下工件接觸面積增大,接頭的聲阻抗迫使焊機輸出更大的功率。
3 質量控制對焊接壓力的要求
研究表明,目前智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機超聲波塑料焊機的主要控制參數有焊接壓力、焊接時間、輸入功率(焊頭振幅) 、焊頭行程等因素對接頭強度的影響。幾乎所有研究工藝的文獻均表明,焊接壓力對焊接質量有較大的影響。即認為對于一個特定的焊接(包括焊機及工件) 存在一個焊接壓力[3 ] 。當然該規律是在傳統焊機的壓力不變的模式下獲得的。實際上,這種壓力并不能使接頭性能達到,因為在整個焊接過程中,焊接接頭變化經歷熔化開始、鋪展、熔融層形成、熔融物擠出及接頭凝固等幾個階段。而每個階段對壓力的作用要求也不盡相同。在焊接(超聲能量輸出) 階段,焊接壓力過小可能會導致焊頭與工件接觸不好,聲傳遞效率較低;同時壓力過小也會導致界面導能筋熔體的流動變弱,對熔體鋪展不利,從而導致接頭強度下降。若壓力過大會導致熔體的高速流動,一方面導致接頭分子間的橫向排列,另一方面也會由于接頭局部過熱造成內部熔體向邊緣的噴濺,形成嚴重缺陷,從而導致接頭質量下降,因而在傳統焊接控制模式中必然會存在一個焊接壓力。盡管不同材料對這種強度———壓力極值特性反應比不同,但這一規律具有普遍意義?？梢妷毫σ环矫嬗绊懼宇^產熱及熔體流動行為,一方面也影響著接頭冷卻凝固特性。在一次完整的焊接過程中,壓力在超聲停止后仍然保持,以使接頭良好融合凝固。在此階段,接頭表現為壓力下的結晶行為,尤其在凝固的后半階段,這種壓力下結晶特性更為顯著。壓力影響著熔體的過冷度以及結晶度。另一方面壓力又充當凝固焊縫的拘束條件,從而影響著接頭的強度。可見壓力對接頭強度具有較大的影響,而且這一影響貫穿于焊接過程中的焊接/ 保壓兩個階段。要獲得良好的接頭性能,僅僅控制時間、能量或焊頭行程是不夠的,因此本文提出了變壓力控制技術,即在焊接過程中變化壓力,使得焊機能夠給出的壓力變化曲線,從而用于優化焊接過程。
4 焊機變壓力控制系統
研制的智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機超聲波塑料焊接機如圖3 所示,變壓力控制技術是在能量控制模式焊機的基礎上進行的。該焊機由氣動系統、聲學系統、超聲波發生器及微機控制系統組成。超聲波塑料焊機的能量模式控制在我們實驗室研究開發得較早。在1993 年即已實現了采用單片機MCS- 51 的能量模式控制[4 ] 。在能量模式下,設置了時間窗口,如圖4 所示。焊接時間的過大(超過tmax) 和過小(小于tmin) 均表明焊機工作不正常、或焊接質量難以保證,在時間模式中做不到這一點。因為在時間模式中,無論焊接狀況如何,一次焊接過程都會在預定時間后結束,不具備質量柔性控制。實驗表明,能量模式對電網網壓波動、氣壓波動以及工件參差不齊、裝配不好具有較好的補償能力,因而比傳統焊機的時間模式更容易保證質量。為了保證焊機的有效控制和功能擴展,我們近年對焊機采用了PC 機控制[5 ] ,使得控制功能明顯加強。在焊接過程中,計算機系統利用電流、電壓傳感器,獲得輸入到換能器的電流電壓信號,通過內部的數據處理獲得有效輸入功率,同時獲得聲學系統的輸入能量。將此能量與由試驗獲得的能量相比較,來控制焊接過程,使得焊接過程在能量輸入時刻停止,以保證焊接質量的穩定性。同時由壓力傳感器獲得氣缸中的壓力信息,從而實現壓力的優化控制。
微機控制系統硬件包括傳感器電路、信號提取電路、A/ D、D/ A 電路、I/ O 控制接口電路和工業PC 機等組成。其中A/ D、D/ A 及I/ O 接口電路采用了HY8071多功能數據采集板,既提高了采樣速度,又增強了系統與PC 主機接口的通用性。整個焊機硬件系統如圖5所示。
壓力控制的核心是壓力實現系統,如何快速實現壓力的變化是本項研究的關鍵。所以選用了日本SMC的VEP312 壓力控制型電器比例閥,同時配以VEA250型電源,該系統能夠對壓力的轉換快速響應。實驗研究表明,在超聲波塑料焊接常用的工藝范圍內,如焊接壓力由P = 1. 0bar ～ 1. 5bar 之間躍變響應時間小于60ms。這個時間是很短的,是一般焊機焊接時間(10s) 的016 %或保壓時間(1s) 的6 %?？梢婋姎獗壤y的這種響應特性可滿足智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機超聲波焊接的變壓力
控制技術的要求
PS 材料(焊縫接觸面積為2154mm ×50. 8mm) 進行了焊接,在450J 輸入能量、焊接壓力為P = 1. 5bar、保壓時間012s 的條件下,保持壓力降低(傳統焊機的保持壓力等于焊接壓力) ,使得焊件周圍的噴濺產物減少,表明壓力的變化改變了界面熔體的流動行為,從而使得焊接接頭的焊接壓力優化成為可能。由于VEP312壓力控制型電氣比例閥可以實現壓力的無級調節,因而可以實現焊接全過程的壓力優化控制。在上述硬件基礎上,進一步的壓力優化曲線的工藝試驗正在進行,有關的實驗結果將在以后討論。
5 結論
(1) 在智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機超聲波塑料焊接過程中,接頭界面經歷熔化開始、鋪展、熔融層形成、熔融物擠出及接頭凝固等幾個階段。這與本文獲得功率變化規律是一致的。
(2) 對焊接過程的分析表明,焊接壓力決定了焊機的輸出功率、影響接頭熔體的流變行為和凝固行為,因而影響著焊接質量。
(3) 利用VEP312 壓力控制型電器比例閥實現了焊接過程中的壓力無級調節,為實現焊接質量的壓力優化控制奠定了硬件基礎。
