CN104723551A - 超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波塑料焊接机技术，旨在提供一种超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法及***。该***的焊接机上设有分别用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，各传感器分别通过信号线接至焊接机的驱动电源***；所述***还包括与驱动电源***实现连接的手机或工控机。本发明通过手机或工控机与驱动电源***之间的数据交互，简化了最佳焊接参数的获取过程，缩短了其所耗时间。2、在最佳焊接参数的获取过程中，最大程度地减少人为因素的影响。在针对大批次工件的数据进行整合，形成不同工件的最佳焊接参数的数据库之后，再对新工件进行焊接参数调校时，可以利用数据库提供的最接近数据，实现最快的调校。

Description

超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法及***

技术领域

本发明涉及超声波塑料焊接机技术，特别涉及超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理。

背景技术

超声波塑料焊接机(Ultrasonic plastic welding machine)是超声波塑料焊接设备在塑料焊接领域研发设计的焊接设备，业内简称为超声波塑焊机。超声波焊接设备是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波熔接处理。在焊接塑料制品时，既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源。具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。

超声波塑料焊接过程中，具体针对不同形状、批次的待加工工件时，会有许多个参数需要调整。参数调整不合适，就不能够得到优良的焊接产品。从某种意义上说，焊接参数的调整，就相当于焊接工艺设计。塑料焊接一般都是大批量的重复工作，所以焊接工艺的设计就非常重要。焊接工艺设计好后，不能够随意修改。在现阶段，焊接工艺的设计，完全是凭相关技术人员的经验。这就带来很大的随意性和不确定性，很难做到最佳。另一方面，实际进行焊接作业时，塑料焊接机是由操作者控制的。操作者为了提高其个人的产量，往往会对焊接参数擅自进行修改。由于目的不同，修改后的焊接参数，其焊接效果，往往比统一设定的要差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法及***。

为解决技术问题，本发明采用的方案是：

提供一种能实现焊接参数调校与管理的智能超声波塑料焊接机***，包括焊接机；焊接机上设有分别用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，各传感器分别通过信号线接至焊接机的驱动电源***；

所述***还包括手机或工控机，驱动电源***中设有数据信号线接口、USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块；其中，手机通过USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***；或者，工控机通过数据信号线、USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***。

作为一种改进，该***还包括焊接参数调校与管理模块，该模块内嵌于所述手机或工控机中，能够接收由驱动电源***传送的传感器数据以及人机界面输入的数据，并根据预设的调校规则对焊接参数进行修正和管理，将调整后的焊接参数回传给驱动电源***用于执行焊接动作。

作为一种改进，还包括用于存储和分析数据的基于云端的服务器，服务器通过有线或无线的方式与手机或工控机连接并实现数据交换。

本发明还提供了基于前述***的超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法，包括以下步骤：

(1)在使用焊接机对第一个工件进行焊接前，操作人员通过焊接参数调校与管理模块设置任意的焊接参数，或者利用焊接参数调校与管理模块自行生成一组焊接参数，再由焊接机的驱动电源***根据焊接参数执行焊接动作；所述焊接参数是指：焊接时间、焊接机的振幅和焊接压力；

(2)操作人员根据工件的焊接质量，将反馈信息输入至焊接参数调校与管理模块，反馈信息包括影响焊接质量的测量数据或判断结果；其中测量数据是指焊接深度或焊缝强度；判断结果是指是否发生过焊、欠焊、开裂或过载保护；

(3)焊接参数调校与管理模块，根据焊接质量的反馈信息调整焊接参数，然后将调整后的焊接参数传送给驱动电源***；驱动电源***利用该焊接参数，执行针对第二个工件的焊接动作；操作人员根据第二个工件的焊接质量，再次将反馈信息输入至焊接参数调校与管理模块；

(4)重复执行步骤(2)和(3)，直至输入至焊接参数调校与管理模块中的反馈信息的内容，表明影响焊接质量的情形均未发生；此时，焊接参数调校与管理模块发出提示信号，由操作人员锁定针对该品类工件的最佳焊接参数，或者在超过规定时间后实现自动锁定；

在调校过程中所使用的工件是批量化产品，具有相同的品质和性能；每次调校焊接参数后的新的焊接行为均针对一个新的工件。

本发明中，在最佳焊接参数锁定后，对具有相同品质和性能的工件，由焊接参数调校与管理模块向驱动电源***传送已锁定的最佳焊接参数，使焊接机执行相同的焊接操作以保持焊接质量稳定。

本发明中，在步骤(3)中，焊接参数调校与管理模块根据焊接质量的反馈信息调整焊接参数，具体是指：确保工件的焊接深度或焊缝强度符合质量要求，且不发生过焊、欠焊、开裂或过载保护；所述焊接参数的控制范围：焊接时间为10～5000毫秒，焊接机的振幅为刻度区间的55％～95％，焊接压力为0.1～0.6MPa。

本发明中，对焊接参数进行调整的顺序依次为：

(1)调整焊接时间：先使用初始设定数值进行焊接操作，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就缩短焊接时间，如发生相反情况则延长焊接时间，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(2)调整焊接机的振幅：在步骤(1)的基础上增大振幅，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就减小振幅，如发生相反情况则增大振幅，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(3)调整焊接压力：在步骤(2)的基础上提高焊接压力，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就降低焊接压力，如发生相反情况则提高焊接压力，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(4)重复步骤(1)～(3)，使最终焊接参数的控制范围符合要求。

本发明还提供了一种用于实现焊接参数调校与管理超声波塑料焊接机，包括驱动电源***；焊接机上设有用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，传感器通过信号线接至焊接机的驱动电源***；所述驱动电源***中设有与工控机或手机实现数据交换的数据信号接口、USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块。

本发明进一步提供了一种实现焊接参数调校与管理的智能超声波塑料焊接机，包括驱动电源***；焊接机上设有用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，传感器通过信号线接至焊接机的驱动电源***；所述焊接机上设有与驱动电源***相连的单片机，单片机同时与人机界面和液晶显示屏相连；单片机中内置焊接参数调校与管理模块，该模块能够接收由驱动电源***传送的传感器数据以及人机界面输入的数据，并根据预设的调校规则对焊接参数进行修正和管理，将调整后的焊接参数回传给驱动电源***用于执行焊接动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、通过焊接参数调校与管理模块与驱动电源***之间的数据交互，简化了最佳焊接参数的获取过程，缩短了其所耗时间。

2、在最佳焊接参数的获取过程中，最大程度地减少人为因素的影响。操作人员反馈焊接质量信息时，只针对影响焊接质量的情形进行测量或是就是否发生做出判断，不对具体程度进行主观描述；这样就降低了对操作人员素质的要求，但不会降低工件焊接产品质量。

3、在最佳焊接参数确定后，***对其实施锁定，普通操作人员在没有授权的情况下，无法对操作参数进行修改。这样可以保证针对具有相同品质和性能的相同批次或不同批次的代加工工件而言，将会有相同的焊接质量，从而大幅度提升工件加工品质和稳定性。

4、在针对大批次工件的数据进行整合，形成不同工件的最佳焊接参数的数据库之后，再对新工件进行焊接参数调校时，可以利用数据库提供的最接近数据，实现最快的调校。

附图说明

图1为焊接参数调校与管理模块运行过流程的一个示例；

图2为焊接参数调校与管理模块在接受反馈信息时的一个示例。

图3为本发明所述焊接机***的框图示例。

具体实施方式

下面结合具体实施例子，对本发明的实现方式进行详细描述。

超声波焊接机的控制参数有整机功率、频率、焊接时间、振幅、焊接压力、保压时间、延迟时间等。其中最重要的，是焊接时间、振幅、焊接压力。至于整机功率、频率、保压时间和延迟时间，其判断和设置非常简单，不需要特别手段，在必要情况下也可以纳入调整对象范围内。具体说明如下：

1、整机功率。在实际操作时，是以调整功率档位或调整功率百分比的方式实现的。在焊接机内部，实际上是在调整超声波焊头的振幅。振幅越大，相应的功率就越大。从控制的角度说，只要控制了振幅，就控制了焊接机的功率。在电路***中，振幅是通过控制流过换能器的电流，或换能器两端的电压实现的。这是一个可测量和可控制的参数。塑料焊接机的驱动电源，其本身就有电流(或电压)的检测与控制功能，也有焊接时间的检测和控制功能。而且，也能够进行设定。缺少的，是根据焊接效果反馈，进行自动的设定。

2、频率。通常，超声波焊接的可用频率，是15K，20K，28K，30K，35K，40K，等等。频率参数很重要，对焊接结果，有很大的影响。例如，15K设备的振幅、压力，焊接时间，与20K设备的相同振幅、压力，焊接时间，其效果是完全不同的。另一方面，对于一台具体的焊接机而言，它的频率又是固定的。也就是说，对于一台具体的焊接机，它的频率或15K，或是20K，是不可调节的。所以说，频率确实很重要，但从控制的角度来说，它是不需要考虑的。

3、焊接时间。这个是指超声波对被焊接工件作用时间。时间越长，超声波输入的能量就越大。对于易熔的材料，需要的能量少，焊接时间就可以短。这也是一个可测量和可控制的参数。

4、焊接压力。这是指推动超声波焊头的气缸的气压。它直接决定了压在被焊接工件上的压力。焊头只有压着工件，才能够把超声波能量输入工件。压力越大，焊接机能够输出的能量也越大。当然，输入工件的能量也越大。在塑料焊接机上，实际影响压力的是一个气缸，控制焊接压力就是控制气缸的气压。气缸的压力可以手动调节，也可以集成到驱动电源里，自动控制。

超声波塑料焊接机上，本身就具有振幅、功率、焊接时间、焊接压力等的检测和控制功能。其中焊接压力，是通过外接的气压调节阀实现。其它的几项，如振幅、功率、焊接时间等，驱动电源***自身就能够检测和控制。驱动电源既是焊接机的超声波***的电驱动，也是超声波***的控制***。

为了实现智能化调校和管理，需要对焊接机进行改造：在焊接机上设置用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，传感器通过信号线接至焊接机的驱动电源***；而焊接参数调校与管理模块，可以有以下几种安装方式：

1、焊接参数调校与管理模块安装在手机中。手机通过USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***，驱动电源***中相应地设有USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块。

2、焊接参数调校与管理模块安装在工控机中。工控机通过数据信号线连接至驱动电源***。当然，也可以通过USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***，驱动电源***中相应地设有USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块。

3、焊接参数调校与管理模块安装在塑焊机上。焊接机上设有与驱动电源***相连的单片机，单片机同时与人机界面和液晶显示屏相连；单片机中内置焊接参数调校与管理模块。

与前两种具备联网能力的安装方式相比，第3种安装方式就相当于是单机版。下面以第1种安装方式进行展开描述。其它两种方式以此类推。

首先需要说明的是，焊接参数调校与管理模块是一个软件功能模块(以下简称APP)。该模块能够接收由驱动电源***传送的传感器数据，以及人机界面输入的数据以用于运算，并能将运算后的焊接参数回传给驱动电源***，以实现调校与管理。这是计算机技术在焊接机技术领域的一种应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。

首先，在手机中安装APP，焊接机上安装蓝牙，焊接机与手机间通过蓝牙通讯实现数据交换。各种传感器通过信号线连接至驱动电源***。

对于一个新批次的待加工工件，在第一次焊接时，可以通过APP任意设置焊接参数，或者让APP自动生成一组焊接参数。最重要的是：每一次试焊后，由操作人员对焊接质量进行评价，然后在APP的反馈界面中一一输入。APP通过运算，给出下一次焊接的技术参数，并自动传递给驱动电源***。然后由驱动电源***推动焊接机进行下一次焊接。第二次的焊接参数是有意义的，能够在第一次试焊的基础上，明显改善焊接效果。操作人员再次对焊接质量进行反馈。这样反复几次，很快就可以找到最佳焊接参数。

常用的焊接参数(即驱动电源***的控制参数)：焊接机的振幅、焊接时间、焊接压力(功率、保压时间或延迟时间可作为必要情况下的控制参数)。

质量评价指标(测量数据或判断结果)：测量数据是指焊接深度或焊缝强度；判断结果是指是否发生过焊(流胶)、欠焊(漏气)、开裂(内部其它附件损坏)或过载保护。

找到适用的参数后，APP会发出提醒，并有明显的状态指示。然后APP继续调整参数，通过焊接反馈，找到适用参数的范围(即各个参数的边界)。由此就可以确定各个适用参数范围的中间值，即最佳焊接参数。

当操作人员确定了最佳的焊接参数后，可以通过手机APP，对驱动电源***的控制参数进行锁定。这样，其他人如果没有授权，就不能够更改。

获得最佳焊接参数后，APP***还可以把所有的焊接参数上传至云端。由云端的服务器进行大数据整理。经过一段时间的收集后，服务器就可以运算出大批量不同工件的最佳焊接参数。这时，对每一位具体的用户，***自动生成的焊接参数，会越来越准确。需要试焊的次数，会越来越少。

手机APP操作界面的简单介绍：

第一层界面：包括输入通讯密码和登录选项；

第二层界面：包括焊接、焊接反馈和帮助选项；每焊接一次，界面自动跳转到焊接反馈。

在第一次焊接时可以任意设置焊接参数。或者根据操作者输入的材料和频率项，让APP在已经积累的数据中推送一组焊接参数。每一次试焊后，APP会自动控制界面回到反馈项，由操作人员对焊接工件的实际焊接效果或质量进行评价。然后在APP的相关反馈项中一一对应输入。APP通过简单的运算，就可以给出下一次焊接的技术参数，并自动传递给驱动电源***。然后驱动电源***推动焊接机进行下一次焊接。在这个过程中，操作人员已经没有权限对焊接参数进行干预。操作人员能够做的就是在每一次焊接完成后，对焊接件的焊接质量进行评价并进行反馈。这样反复几次，很快就可以找到适用的焊接参数。

找到适用参数后，***会发出提醒，并有明显的状态指示。然后***继续调整参数，通过焊接反馈，找到适用参数的范围。取各个适用参数范围的中间值，就是该产品的最佳焊接工艺参数。确定最佳工艺参数后，APP会提醒操作人员进行确认，并退出登录。同时，APP把本次调节的最佳参数，回传给云端数据库。

焊接参数的调整，其实也是非常简单的。基本的步骤是：

第一步是调节时间。即如果是焊接深度超了、过焊、零件开裂、焊缝强度太高或过载保护了，缩短时间；反之亦然。第二步调节振幅。即如果是焊接深度超了、过焊、零件开裂、焊缝强度太高或过载保护了，调低振幅；反之亦然。第三步是调节压力。即如果是焊接深度超了、过焊、零件开裂、焊缝强度太高或过载保护了，调低压力；反之亦然。每一次调节，不一定要达到最佳效果。焊接件的焊缝质量的变化趋势，是应该给予更多关注的。如果变化趋势是明显的，那就继续调整。即只要焊缝质量趋好，就继续调整。如果焊缝质量变坏，或变化趋势不明显了，就转入下一步。然后，再回到第一步，重新调节时间。接着再调节振幅和压力。基本上不超过三次大循环，就可以把焊接参数调整好。

焊接参数调校与管理模块根据焊接质量的反馈信息调整焊接参数，具体是指：确保工件的焊接深度或焊缝强度符合质量要求，且不发生过焊、欠焊、开裂或过载保护；所述焊接参数的控制范围：焊接时间为10～5000毫秒，焊接机的振幅为刻度区间的55％～95％，焊接压力为0.1～0.6MPa。

作为一个示例，对焊接参数进行调整具体可按如下顺序操作：

(1)调整焊接时间：先使用初始设定数值进行焊接操作，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就缩短焊接时间，如发生相反情况则延长焊接时间，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(2)调整焊接机的振幅：在步骤(1)的基础上增加振幅，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就减小振幅，如发生相反情况则增大振幅，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(3)调整焊接压力：在步骤(1)、(2)的基础上增加焊接压力，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就降低焊接压力，如发生相反情况则提高焊接压力，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(4)重复步骤(1)～(3)，使最终焊接参数的控制范围符合要求。

本发明中，手机与焊接机之间的通讯方式也可以不用蓝牙，代之以手机的USB接口(充电口)。这样手机与驱动电源之间，就是有线连接。这样操作简单些，也可以确保一对一。

Claims (9)

1.一种智能超声波塑料焊接机***，包括焊接机；其特征在于，焊接机上设有分别用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，各传感器分别通过信号线接至焊接机的驱动电源***；

所述***还包括手机或工控机，驱动电源***中设有数据信号线接口、USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块；其中，手机通过USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***；或者，工控机通过数据信号线、USB数据线、蓝牙或wifi局域网连接至驱动电源***。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该***还包括焊接参数调校与管理模块，该模块内嵌于所述手机或工控机中，能够接收由驱动电源***传送的传感器数据以及人机界面输入的数据，并根据预设的调校规则对焊接参数进行修正和管理，将调整后的焊接参数回传给驱动电源***用于执行焊接动作。

3.根据权利要求1或2任意一项中所述的***，其特征在于，还包括用于存储和分析数据的基于云端的服务器，服务器通过有线或无线的方式与手机或工控机连接并实现数据交换。

4.一种超声波塑料焊接机焊接参数智能化调校与管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在使用焊接机对第一个工件进行焊接前，操作人员通过焊接参数调校与管理模块设置任意的焊接参数，或者利用焊接参数调校与管理模块自行生成一组焊接参数，再由焊接机的驱动电源***根据焊接参数执行焊接动作；所述焊接参数是指：焊接时间、焊接机的振幅和焊接压力；

(2)操作人员根据工件的焊接质量，将反馈信息输入至焊接参数调校与管理模块，反馈信息包括影响焊接质量的测量数据或判断结果；其中测量数据是指焊接深度或焊缝强度；判断结果是指是否发生过焊、欠焊、开裂或过载保护；

(3)焊接参数调校与管理模块，根据焊接质量的反馈信息调整焊接参数，然后将调整后的焊接参数传送给驱动电源***；驱动电源***利用该焊接参数，执行针对第二个工件的焊接动作；操作人员根据第二个工件的焊接质量，再次将反馈信息输入至焊接参数调校与管理模块；

(4)重复执行步骤(2)和(3)，直至输入至焊接参数调校与管理模块中的反馈信息的内容，表明影响焊接质量的情形均未发生；此时，焊接参数调校与管理模块发出提示信号，由操作人员锁定针对该品类工件的最佳焊接参数，或者在超过规定时间后实现自动锁定；

在调校过程中所使用的工件是批量化产品，具有相同的品质和性能；每次调校焊接参数后的新的焊接行为均针对一个新的工件。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在最佳焊接参数锁定后，对具有相同品质和性能的工件，由焊接参数调校与管理模块向驱动电源***传送已锁定的最佳焊接参数，使焊接机执行相同的焊接操作以保持焊接质量稳定。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，焊接参数调校与管理模块根据焊接质量的反馈信息调整焊接参数，具体是指：确保工件的焊接深度或焊缝强度符合质量要求，且不发生过焊、欠焊、开裂或过载保护；所述焊接参数的控制范围：焊接时间为10～5000毫秒，焊接机的振幅为刻度区间的55％～95％，焊接压力为0.1～0.6MPa。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对焊接参数进行调整的顺序依次为：

(1)调整焊接时间：先使用初始设定数值进行焊接操作，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就缩短焊接时间，如发生相反情况则延长焊接时间，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(2)调整焊接机的振幅：在步骤(1)的基础上增大振幅，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就减小振幅，如发生相反情况则增大振幅，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(3)调整焊接压力：在步骤(2)的基础上提高焊接压力，如发生焊接深度过大、过焊、零件开裂、焊缝强度过高或过载保护的情况，就降低焊接压力，如发生相反情况则提高焊接压力，调整的幅度控制在5％～10％之间；

(4)重复步骤(1)～(3)，使最终焊接参数的控制范围符合要求。

8.一种超声波塑料焊接机，包括驱动电源***；其特征在于，焊接机上设有分别用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，各传感器分别通过信号线接至焊接机的驱动电源***；所述驱动电源***中设有与工控机或手机实现数据交换的数据信号接口、USB数据接口、蓝牙通讯模块或无线通讯模块。

9.一种实现焊接参数调校与管理的智能超声波塑料焊接机，包括驱动电源***；其特征在于，焊接机上设有分别用于监测焊接机的振幅、功率、焊接时间或焊接压力的传感器，各传感器分别通过信号线接至焊接机的驱动电源***；所述焊接机上设有与驱动电源***相连的单片机，单片机同时与人机界面和液晶显示屏相连；单片机中内置焊接参数调校与管理模块，该模块能够接收由驱动电源***传送的传感器数据以及人机界面输入的数据，并根据预设的调校规则对焊接参数进行修正和管理，将调整后的焊接参数回传给驱动电源***用于执行焊接动作。