CN110091510B - 一种超声波焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波焊接装置，具有超声波焊头、以及与之相配合的砧辊，砧辊具有一旋转中心，超声波焊头具有一赋予材料焊接能量的端面；还具有过所述旋转中心且垂直于超声波焊头端面的第一构造交线，以及位于超声波焊头端面中间位置且垂直于超声波焊头端面的第二构造交线，所述第一构造交线与第二构造交线相互平行，且第一构造交线相对于第二构造交线朝下游侧方向偏移。本发明将砧辊位置相对于超声波焊头中心线作适当偏移，从而使得材料在经过超声波焊头与砧辊之间间隙时，在入口处具有较大的初始压缩间隙，有效防止了材料在焊接过程中的截断风险，同时有助于提高焊接强度，降低设备的停机率。
Description
技术领域
本发明涉及一次性卫生用品装备制造领域，尤其涉及一种防止材料被截断的超声波焊接装置。
背景技术
以往，作为一次性卫生用品，例如已知有具有前腹部、后背部和裆部、且前腹部与后背部通过一对侧密封部(或焊接部)被超声波焊接的一次性卫生用品。在形成所述侧密封部时，采用将用于构成前腹部以及后背部的热塑性片状物连续地供应至能够绕规定的轴旋转的砧辊，以及与所述砧配合动作、被配置在与砧辊的外周面相向的超声波焊头之间的方法。各热塑性片状物以互相相向的状态被供应至砧辊与超声波焊头之间，当连续地被供应至砧辊与超声波焊头之间的热塑性片状物以砧辊接近超声波焊头的周期间歇地被进行超声波焊接。据此，形成互相相向的热塑性片状物彼此被焊接的焊接部。
由于现有的超声波焊头与砧辊同心布置，具体的，如果以过砧辊旋转中心O1向超声波焊头的端面方向作一垂线L1，该垂线L1与超声波焊头端面中线L2相重合，由于此时材料进入超声波焊头与砧辊之间的间隙B1较小(如图9所示)，因而极大增加了材料在焊接过程中被截断的风险，导致设备停机率的增高。
与此同时，在生产过程中往往还会涉及到产品换码的问题，通常作法是：改变焊接装置的焊接机构直径，以使圆周弧长变大或变小，来达到更换尺码的目的，为此该焊接装置需更换整个焊接机构，即配备与不同尺码产品相对应的多种型号的焊接机构，因此传统装置存在制造成本高、耗时长、影响现场生产效率等缺点。
另外，对于现有的超声波焊接装置而言，由于在焊接工位前后没有材料夹持机构，当超声波焊头在工作时对砧辊施加的超声波能量负荷很大，极易使被焊接材料发生抖动，导致焊接位置的精度降低，焊接部分的质量下降。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种超声波焊接装置，解决传统装置存在的材料易截断，导致设备停机率较高的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超声波焊接装置，用于对片状物带材上若干个等间距配置的预焊接区域进行间歇性焊接，其具有超声波焊头、以及与之相配合的砧辊，片状物带材从上游侧往下游侧方向连续搬送至超声波焊头与砧辊之间的间隙以熔接彼此，所述砧辊具有一旋转中心，超声波焊头具有一赋予材料焊接能量的端面；还具有过所述旋转中心且垂直于超声波焊头端面的第一构造交线，以及位于超声波焊头端面中间位置且垂直于超声波焊头端面的第二构造交线，所述第一构造交线与第二构造交线相互平行，且第一构造交线相对于第二构造交线朝下游侧方向偏移。采用如上技术方案，通过将第一构造交线相对于第二构造交线朝下游侧方向偏置设置，增大了焊接材料进入焊接区域时的初始压缩间隙，有效防止了材料在焊接过程中的截断风险，同时有助于提高焊接强度，降低设备的停机率。
进一步的，第一构造交线相对于第二构造交线有偏置特征，其偏置方向为片状物带材的行进方向，且偏移距离为2-5mm。另外，砧辊到超声波焊头端面具有一微小间隙，该间隙的距离为0.01-0.1mm。
为了解决传统装置存在的换码成本高、费时费力的问题，在砧辊上对应设置有N个花纹部，该花纹部与超声波焊头配合将片状物带材的预焊接区域熔接彼此，还包括用于驱动砧辊作恒速或周期性变速旋转的伺服驱动机构；当砧辊上的花纹部在通过超声波焊头端面时，在伺服驱动机构作用下，所述砧辊表面线速度等于片状物带材行进线速度。采用如上技术方案，在产品换码时，通过采用伺服驱动机构周期性变速设计，即可实现采用一个砧辊实现多个产品尺码的超声波焊接，极大降低了制造成本，以及工人的劳动强度。以上N可以是1、2、3……中的任意一个整数。
进一步的，所述伺服驱动机构包括伺服马达、减速机和联轴器，所述伺服马达通过减速机、联轴器与砧辊相连接，使得砧辊作恒速或周期性变速旋转运动。
进一步的，所述砧辊作周期性变速旋转时，砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一匀速区间和一变速区间，所述匀速区间的角度为20°～50°。更进一步的，该匀速区间的角平分线与所述第一构造交线相重合。
进一步的，所述砧辊旋转一周的周长为S0，相邻所述预焊接区域的间距为S1；当S0/N＝S1时，砧辊作匀速转动，当S0/N≠S1时，砧辊作周期性变速旋转。具体的，当S0/N>S1时，砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一低速匀速区间和变速区间，花纹部以变速循环中的低速匀速区间通过超声波焊头端面，低速匀速区间的角度g1为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1。当S0/N<S1时，砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一高速匀速区间和变速区间，花纹部以变速循环中的高速匀速区间通过超声波焊头端面，高速匀速区间的角度g1为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1。
进一步的，所述砧辊旋转一周所经历的速度变化周期的数量与砧辊上花纹部的数量相等。经焊接后形成的产品为一次性卫生用品，如婴儿拉拉裤、成人拉拉裤、妇女经期裤等等。
为了解决传统装置存在的材料易抖动、焊接位置精度低、质量低的问题，超声波焊接装置具有由前述超声波焊头与砧辊组成的焊接工位，以及保持片状物带材的夹持工位。夹持工位分别设置在焊接工位的上游侧和下游侧，其具备用于保证片状物带材平整度和张力的皮带压送机构。
进一步的，所述皮带压送机构包括上压皮带和下压皮带，上压皮带与下压皮带的旋转均采用动力驱动，且二者的表面线速度相同。就同一组皮带压送机构来说，上压皮带和下压皮带可分别连接驱动电机，通过控制驱动电机转速保证二者表面线速度一致；也可以将上压皮带和下压皮带连接一同步机构，通过一台电机实现上述目的。
为了更有效的防止产品抖动以及褶皱问题给超声波焊接带来的不良影响，上压皮带和下压皮带优选采用海绵皮带，如此能够吸收材料的张力，在保证焊接效果的同时，提升产品的外观性。进一步的，上压皮带可相对于下压皮带在竖直平面内上下运动，在工作过程中，所述上压皮带对下压皮带施以一压力，且该压力大小是可调节的。通过将上压皮带相对于下压皮带在竖直平面内上下运动，进而可以视具体工况对该压力力值进行相应调整。
作为本发明的进一步优选，所述皮带压送机构设置有两组，其包括位于所述焊接工位上游侧的第一皮带压送机构、以及位于焊接工位下游侧的第二皮带压送机构。第二皮带压送机构的皮带表面线速度大于或等于第一皮带压送机构的皮带表面线速度。
本发明的有益效果：
1、本发明将砧辊位置相对于超声波焊头中心线作适当偏移，从而使得材料在经过超声波焊头与砧辊之间间隙时，在入口处具有较大的初始压缩间隙，有效防止了材料在焊接过程中的截断风险，同时有助于提高焊接强度，降低设备的停机率。
2、本发明通过伺服驱动机构改变砧辊的旋转速度，进而实现按某一直径设计的砧辊可以匹配不同尺码产品的生产速度，适应多尺码产品的焊接生产，极大降低了工人的劳动强度、降低了装置的制造成本。
3、本发明可以保证产品在通过超声波焊接工位时具有良好的平整度及张力特性，从而使得片状物带材更有利于实施超声波焊接，在保证焊接效果的同时，提升产品的美观度，防止产品抖动及褶皱问题给超声波焊接带来的不良影响。
附图说明
图1是本发明的结构简图。
图2是本发明的原理图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明的局部放大图，图中示意了第一构造交线相对于第二构造交线的偏移量。
图5是实施例1砧辊的角位移-时间曲线图。
图6是实施例1砧辊的角速度-时间曲线图。
图7是实施例2砧辊的角位移-时间曲线图。
图8是实施例2砧辊的角速度-时间曲线图。
图9为传统装置材料进入超声波焊头与砧辊之间的示意图。
图10为改进后的本发明材料进入超声波焊头与砧辊之间的示意图。
具体实施方式
以下参照本发明实施方式的附图，对本发明进行说明。
如图1至2所示，一种超声波焊接装置，用于对多种片状物带材101上若干个等间距配置的预焊接区域102进行间歇性焊接，其具有超声波焊头1、以及与之相配合的砧辊2，所述砧辊2上对应设置有N个花纹部3，片状物带材101从上游侧MD1往下游侧MD2方向连续搬送至超声波焊头1与砧辊2的花纹部3之间的间隙以熔接彼此。图1中箭头示意了材料的行进方向。
在砧辊2上还设置有用于驱动砧辊2作恒速或周期性变速旋转的伺服驱动机构，该伺服驱动机构包括伺服马达4、减速机5和联轴器6，所述伺服马达4通过减速机5、联轴器6与砧辊2相连接。
当砧辊2上的花纹部3在通过超声波焊头1端面7时，在伺服马达4作用下，所述砧辊2表面线速度等于片状物带材101行进线速度。
以砧辊2旋转一周的周长为S0，相邻所述预焊接区域102的间距为S1。
1)当S0/N＝S1时，砧辊2作匀速转动。
2)当S0/N≠S1时，砧辊2作周期性变速旋转，此时，砧辊2每旋转一圈，砧辊2进行N个变速循环，每一个变速循环包括一匀速区间g1和变速区间，所述匀速区间g1的角度为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1。
具体的，当S0/N>S1时，砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一低速匀速区间和变速区间，花纹部以变速循环中的低速匀速区间通过超声波焊头端面，低速匀速区间的角度g1为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1；
当S0/N<S1时，砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一高速匀速区间和变速区间，花纹部以变速循环中的高速匀速区间通过超声波焊头端面，高速匀速区间的角度g1为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1。
更为具体的，如图4、10所示，一种超声波焊接装置，用于对片状物带材101上若干个等间距配置的预焊接区域102进行间歇性焊接。其中，砧辊2具有一旋转中心O1，超声波焊头具有一赋予材料焊接能量的端面7。还具有：过所述旋转中心O1且垂直于超声波焊头端面7的第一构造交线L1，以及位于超声波焊头端面7中间位置O3且垂直于超声波焊头端面7的第二构造交线L2，第一构造交线L1与第二构造交线L2相互平行，且第一构造交线L1相对于第二构造交线L2朝下游侧方向偏移。通过将第一构造交线L1相对于第二构造交线L2朝下游侧方向偏置设置，增大了焊接材料进入焊接区域时的初始压缩间隙B2，且B2>B1，进而有效防止了材料在焊接过程中的截断风险，同时有助于提高焊接强度。
第一构造交线L1相对于第二构造交线L2的偏移距离X为2-5mm。砧辊2到超声波焊头1端面的距离Y为0.01-0.1mm。
该匀速区间g1的角平分线与第一构造交线L1相重合。匀速区间g1以第一构造交线L1为对称线，对称分布。当该第一构造交线L1与第二构造交线L2相重合时，砧辊的旋转中心O1、花纹部中点O2、超声波焊头端面7的中点O3处在同一直线上，该种方式虽然能够完成焊接，但存在材料在焊接过程中截断的风险。因此，优选的，该第一构造交线L1相对于第二构造交线L2偏置设置。
为了防止产品抖动以及褶皱问题给超声波焊接带来的不良影响，在片状物带材101的焊接工位前、后还分别设置有皮带压送机构，片状物带材在行进过程中，依次通过入口侧的皮带压送机构、再经超声波焊接工位、然后通过出口侧的皮带压送机构输出。
下面结合图3对超声波焊接装置进行进一步说明。
如图3所示，一种超声波焊接装置，用于对片状物带材101上若干个等间距配置的预焊接区域102进行间歇性焊接，其具有焊接工位103、以及保持片状物带材的夹持工位104。
下面对夹持工位进行详细的说明。
夹持工位104分别设置在所述焊接工位103的上游侧和下游侧，其具备用于保证片状物带材101平整度和张力的皮带压送机构，该皮带压送机构包括上压皮带8和下压皮带9，该上压皮带8与下压皮带9的旋转均采用动力驱动，且二者的表面线速度相同。上压皮带8可相对于下压皮带9在竖直平面内上下运动，在工作过程中，上压皮带8对下压皮带9施以一压力，且该压力大小是可调节的。
上述皮带压送机构设置有两组，其包括位于所述焊接工位103上游侧的第一皮带压送机构105、以及位于焊接工位下游侧的第二皮带压送机构106。其中，第二皮带压送机构106的皮带表面线速度大于或等于第一皮带压送机构105的皮带表面线速度。
实施例1，
取砧辊表面的花纹部个数N＝2，砧辊旋转一周的周长S0＝800mm，片状物带材表面的预焊接区域间距S1＝300mm，g1＝40°，则在600片每分钟的生产速度下，砧辊变速需要的角位移-时间曲线和角速度-时间曲线如图5至图6所示。
实施例2，
取片状物带材表面的焊接区域间距S1＝500mm，其余参数与实施例1相同，砧辊变速需要的角位移-时间曲线和角速度-时间曲线如图7至图8所示。
以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的普通技术人员来说，在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超声波焊接装置，用于对片状物带材上若干个等间距配置的预焊接区域进行间歇性焊接，其具有超声波焊头、以及与之相配合的砧辊，片状物带材从上游侧往下游侧方向连续搬送至超声波焊头与砧辊之间的间隙以熔接彼此，所述砧辊具有一旋转中心，超声波焊头具有一赋予材料焊接能量的端面；其特征在于：还具有过所述旋转中心且垂直于超声波焊头端面的第一构造交线，以及位于超声波焊头端面中间位置且垂直于超声波焊头端面的第二构造交线，所述第一构造交线与第二构造交线相互平行，且第一构造交线相对于第二构造交线朝下游侧方向偏移；所述第一构造交线相对于第二构造交线的偏移距离为2-5mm；
所述砧辊上对应设置有N个花纹部，还包括用于驱动砧辊作恒速或周期性变速旋转的伺服驱动机构；当砧辊上的花纹部在通过超声波焊头端面时，在伺服驱动机构作用下，所述砧辊表面线速度等于片状物带材行进线速度；
所述砧辊旋转一周的周长为S0，相邻所述预焊接区域的间距为S1；当S0/N=S1时，砧辊作匀速转动，当S0/N ≠S1时，砧辊作周期性变速旋转，此时砧辊每旋转一圈，砧辊进行N个变速循环，每一个变速循环包括一匀速区间和一变速区间，所述匀速区间的角度为20°～50°，变速区间的角度为360°/N-g1；所述匀速区间的角平分线与所述第一构造交线相重合。
2.如权利要求1所述超声波焊接装置，其特征在于：所述砧辊到超声波焊头端面的距离为0.01-0.1mm。
3.如权利要求1所述超声波焊接装置，其特征在于：所述伺服驱动机构包括伺服马达、减速机和联轴器，所述伺服马达通过减速机、联轴器与砧辊相连接。
4.如权利要求1所述超声波焊接装置，其特征在于：所述超声波焊接装置具有由超声波焊头与砧辊组成的焊接工位，以及保持片状物带材的夹持工位；所述夹持工位分别设置在焊接工位的上游侧和下游侧，其具备用于保证片状物带材平整度和张力的皮带压送机构。
5.如权利要求4所述超声波焊接装置，其特征在于：所述皮带压送机构包括上压皮带和下压皮带，该上压皮带与下压皮带的旋转均采用动力驱动，且二者的表面线速度相同。
6.如权利要求5所述超声波焊接装置，其特征在于：所述上压皮带可相对于下压皮带在竖直平面内上下运动，在工作过程中，上压皮带对下压皮带施以一压力，且该压力大小是可调节的。
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