CN114131173A - 一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波焊接技术领域，尤其涉及一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，包括:超声波焊头；限位块，在竖直方向上活动设置；第一挤压块，通过与第一水平动力连接，对线体的第一区域提供水平挤压力；第二挤压块，与第二水平动力连接，通过水平运动对由超声波焊头、限位块和第一挤压块所围成的槽体顶部进行封闭或敞开；还包括竖直动力，对第二挤压块进行向下的挤压。本发明中通过第一挤压块和第二挤压块的设置，使得多股线体在被挤压的过程中，可受到多次挤压，此种多次挤压的方式可使得各线体获得重新排列的时间，在挤压的过程中，通过位置的调整而使得其间的间隙倾向于均匀且致密，本发明中还请求保护焊接设备的控制方法。

Description

一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备及控制方法

技术领域

本发明涉及超声波焊接技术领域，尤其涉及一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备及控制方法。

背景技术

超声波焊接是将高频振动能量传递到带焊接工件的接合位置，在该区域振动能量使得待焊接工件的表面相互摩擦而形成分子间的交错伸入融合，从而实现快速、节能、无火花且接近冷态加工的焊接。

目前上述焊接方式针对待连接的两个结构能够实现稳定的连接，但是对于多股线体的连接，却因各个线体之间的间隙区域较多，以及间隙形式各异而极易发生焊接缺陷，从而严重影响多股线体的连接强度；目前，通过对线体进行施压的方式可对上述问题进行一定程度的缓解，但是由于各股线体间间隙的不均匀性，因此难以通过单次的挤压而实现各股线体的均匀排布，从而使得各股线体间的连接缺陷仍然难以克服。

发明内容

本发明提供了一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，可有效解决背景技术中的问题；同时，本发明中还请求保护一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，包括:

超声波焊头，将高频振动波传递至需要进行连接的若干股线体被压紧的第一区域，以及，在所述第一区域对各股线体底部提供支撑；

限位块，设置于所述超声波焊头一侧，提供对所述线体进行限制的竖直侧壁，且在竖直方向上活动设置；

第一挤压块，与所述限位块相对设置，以及与所述超声波焊头顶部贴合，第一挤压块与第一水平动力连接，对各股线体的第一区域提供水平挤压力；

第二挤压块，与第二水平动力连接，对由所述超声波焊头、限位块和第一挤压块所围成的槽体顶部进行水平方向的封闭或敞开，所述封闭以与所述第一挤压块相抵而实现；

还包括竖直动力，在所述第二挤压块完成对所述槽体的封闭后，为所述第二挤压块提供向下运动的动力，对各股线体的第一区域提供竖直挤压力。

进一步地，所述第一水平动力、第二水平动力和竖直动力分别为包括有杆腔和无杆腔的第一气缸、第二气缸和竖直气缸；

其中，所述第二气缸的无杆腔与所述竖直气缸有杆腔通过外置管路联通。

进一步地，所述限位块的底部设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧对所述限位块进行弹性支撑。

进一步地，所述竖直气缸的缸体固定设置，所述竖直气缸的活塞杆端部成自由状态；

所述第二气缸的缸体与纵向导向结构连接，所述第二挤压块在水平运动前后始终与所述限位块顶部贴合。

进一步地，所述竖直气缸的活塞杆端部与所述第二气缸的缸体固定连接，所述第二挤压块在水平运动前后始终与所述限位块顶部贴合。

进一步地，所述第一挤压块包括：

连接板，与所述第一水平动力固定连接；

施压板，与所述连接板在水平方向上并列设置，且二者之间形成纵向的间隙；

第一弹性体，设置于所述间隙内，相对于所述连接板对所述施压板进行弹性支撑；

导向杆，与所述施压板固定连接，且贴合贯穿位于所述连接板上的贯通孔；

复位弹簧，成挤压状态套设于所述导向杆位于所述连接板一侧的末端，对所述导向杆施加拉动所述施压板向所述连接板靠近的力。

进一步地，所述第一弹性体为碟簧。

进一步地，所述第一挤压块包括：

连接板，与所述第一水平动力固定连接；

施压板，顶部与所述连接板顶部弹性转动连接，且在自然状态下与所述连接板成设定夹角设置。

一种如上所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法，包括以下步骤：

切断所述外置管路；

控制所述第一气缸的第一活塞杆伸出至极限位置而实现对线体的水平挤压，且切断第一气缸的回气管路和进气管路以维持所述第一气缸有杆腔和无杆腔内的气压；

控制所述第二气缸的第二活塞杆伸出至极限位置而实现第二挤压块对第一挤压块的挤压，且切断第二气缸的回气管路和进气管路以维持所述第二气缸有杆腔和无杆腔内的气压，此时，所述第一挤压块受到的来自所述第二挤压块的挤压力大于来自所述第一活塞杆的挤压力，而使得所述第一活塞杆回缩设定距离；

启动竖直动力，使得所述竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对所述限位块和线体的挤压。

进一步地，所述竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对所述限位块和线体的挤压后，还包括以下步骤：

切断与所述竖直气缸的无杆腔联通的进气管路，以及控制所述竖直气缸的有杆腔压力为大气压，关闭与所述有杆腔联通的回气管路；

联通所述外置管路，使得所述竖直气缸的有杆腔压力和第二气缸的无杆腔压力相等；

再次对所述竖直气缸的无杆腔进行增压，至所述竖直气缸和第二气缸的活塞杆均伸出至极限位置。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明中通过第一挤压块和第二挤压块的设置，使得多股线体在被挤压的过程中，可受到多次挤压，此种多次挤压的方式可使得各线体获得重新排列的时间，在挤压的过程中，通过位置的调整而使得其间的间隙倾向于均匀且致密，本发明中还请求保护焊接设备的控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为待焊接的线体相对于焊接设备的安装示意图；

图2为焊接设备中对多股线体进行挤压的位置中各结构的分布示意图；

图3为第一挤压块执行线体挤压动作的示意图；

图4为第二挤压块执行槽体封闭动作的示意图；

图5为第二挤压块执行线体挤压动作的示意图；

图6为外置管路的设置示意图；

图7为第一挤压块与第一水平动力的一种设置方式示意图（包括局部放大）；

图8为图7中省略施压板且变换角度后的示意图（包括局部放大）；

图9为第一挤压块的另一种优化方式示意图；

图10为用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法的流程图；

图11为用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法的优化流程图；

附图标记：1、超声波焊头；2、线体；3、第一区域；4、限位块；5、第一挤压块；51、连接板；52、施压板；53、第一弹性体；54、导向杆；55、复位弹簧；6、第一水平动力；7、第二挤压块；8、第二水平动力；9、竖直动力；10、外置管路；11、支撑弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和2所示，一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，包括:超声波焊头1，将高频振动波传递至需要进行连接的若干股线体2被压紧的第一区域3，以及，在第一区域3对各股线体2底部提供支撑；限位块4，设置于超声波焊头1一侧，提供对线体2进行限制的竖直侧壁，且在竖直方向上活动设置；第一挤压块5，与限位块4相对设置，以及与超声波焊头1顶部贴合，第一挤压块5与第一水平动力6连接，对各股线体2的第一区域3提供水平挤压力；第二挤压块7，与第二水平动力8连接，对由超声波焊头1、限位块4和第一挤压块5所围成的槽体顶部进行水平方向的封闭或敞开，封闭以与第一挤压块5相抵而实现；还包括竖直动力9，在第二挤压块7完成对槽体的封闭后，为第二挤压块7提供向下运动的动力，对各股线体2的第一区域3提供竖直挤压力。

本发明中通过第一挤压块5和第二挤压块7的设置，使得多股线体2在被挤压的过程中，可受到多次挤压，此种多次挤压的方式可使得各线体2获得重新排列的时间，在挤压的过程中，通过位置的调整而使得其间的间隙倾向于均匀且致密，通过此种方式可使得超声波焊头1启动后保证更好的焊接效果。

为了说明本发明的技术效果，对本发明中用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的一种常规工作方式进行说明：

在工作过程中，如图3所示，将需要焊接在一起的多股线体2的第一区域3置于由超声波焊头1、限位块4、第一挤压块5所形成的槽体内，启动第一水平动力6，使得第一挤压块5朝向限位块4运动，从而使得原本相对松散的各股线体2在限位块4和第一挤压块5之间被适当聚拢，当然，此时各股线体2之间还存在较为松散的间隙。

上述过程执行完成后，如图4所示，启动第二水平动力8，从而使得第二挤压块7朝向第一挤压块5运动，直至与第一挤压块5相抵，从而使得超声波焊头1、第一挤压块5、第二挤压块7和限位块4之间形成了封闭的环形空间，用于从若干股线体2的四周进行封闭式的挤压。

当上述封闭的环形空间建立完成后，如图5所示，启动竖直动力9，从而使得第二挤压块7向下运动，从而对位于槽体内的各股线体2进行挤压，在此过程中， 被两纵向侧壁限制的多股线体2通过被挤压而更加密实的堆积。

综上，在上述过程中，第一次横向的挤压使得各股线体2间横向的间隙被挤压而获得调节，而在纵向的挤压过程中使得各股线体2间纵向的间隙被挤压而获得调节，上述过程使得各股线体2间的间隙分别经过横向的调整和纵向的调整，而获得相对整齐的状态而最终通过超声波焊接完成连接。

作为上述实施例的优选，如图6所示，第一水平动力6、第二水平动力8和竖直动力9分别为包括有杆腔和无杆腔的第一气缸、第二气缸和竖直气缸；其中，第二气缸的无杆腔与竖直气缸有杆腔通过外置管路10联通。本发明中所指的无杆腔均连接进油管路，而有杆腔均连接回油管路，以下不再赘述。

采用气缸作为动力结构，便于实现自动化的控制，而本优选方案中，通过外置管路10的使用，可使得第二气缸和竖直气缸可实现联动，从而降低控制的难度，而具体的控制方式包括多种形式，本发明中会通过后续的一种优化实施方式而说明一种能够实现较佳效果的工作过程，从而在提高焊接效果的基础上，降低设备的操作成本。

作为上述实施例的优选，限位块4的底部设置有支撑弹簧11，支撑弹簧11对限位块4进行弹性支撑，从而减少了元器件的使用，一方面降低了设备的成本，另一方面也使控制端减少，降低了设备的控制难度。

作为一种竖直气缸的安装方式，竖直气缸的缸体固定设置，竖直气缸的活塞杆端部成自由状态；第二气缸的缸体与纵向导向结构连接，第二挤压块7在水平运动前后始终与限位块4顶部贴合。上述结构形式中，如图4所示，可使得限位块4始终实现第二挤压块7的支撑，而第二水平动力8在纵向导向结构的导向下伴随第二挤压块7上下随动，而当需要对第二挤压块7进行纵向挤压时，启动竖直气缸，其自由设置的活塞杆端部对第二挤压块7直接进行挤压即可；以上结构形式使得竖直气缸的挤压位置便于调节，从而可使得设备的整体刚性得到增强。

或者，作为另外一种方式，竖直气缸的活塞杆端部与第二气缸的缸体固定连接，第二挤压块在水平运动前后始终限位块顶部贴合，此种方式同样可实现上述技术目的。

作为上述实施例的优选，如图7和8所示，第一挤压块5包括：连接板51，与第一水平动力6固定连接；施压板52，与连接板51在水平方向上并列设置，且二者之间形成纵向的间隙；第一弹性体53，设置于间隙内，相对于连接板51对施压板52进行弹性支撑；导向杆54，与施压板52固定连接，且贴合贯穿位于连接板51上的贯通孔；复位弹簧55，成挤压状态套设于导向杆54位于连接板51一侧的末端，对导向杆54施加拉动施压板52向连接板51靠近的力。

本发明中，提供了一种能够进一步促进多股线体2排列效率的第一挤压块5结构形式。具体地，在实施过程中，通过间隙和第一弹性体53的设置，使得连接板51和施压板52之间形成了可伸缩的弹性间隙，此种间隙的设置当第一挤压块5对多股线体2进行施压时，可使得多股线体2由于间隙的存在而获得向限位块4更为聚拢的趋势，此种趋势会使得多股线体2被排列的相对更高；而当第二挤压块7对第一弹性体53施压而使其发生形变时，堆积较高的线体2会由于间隙被挤压减小而使得多股线体2受到更大程度的下沉，从而进一步的提升线体2的致密程度，保证焊接效果。其中，第一弹性体53可采用碟簧，从而可获得更加稳定的支撑状态，在对其进行设置时，可设置多个，具体如图7和8中所示的并列设置两个碟簧的情况。

作为另一种实施方式，如图9所示，第一挤压块5包括：连接板51，与第一水平动力6固定连接；施压板52，顶部与连接板51顶部弹性转动连接，且在自然状态下与连接板51成设定夹角设置。通过此种方式可起到与上述间隙设置方式近似的技术效果，其中的弹性转动连接可通过扭簧配合转轴结构的使用而实现。

如图10所示，一种如上所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法，包括以下步骤：

S1：切断外置管路10；从而使得第二气缸和竖直气缸可保证相对的独立性；

S2：控制第一气缸的第一活塞杆伸出至极限位置而实现对线体2的水平挤压，且切断第一气缸的回气管路和进气管路以维持第一气缸有杆腔和无杆腔内的气压；参考图3，在此种状态下当第一活塞杆受力不发生变化时，第一气缸处于稳定的状态，通过第一气缸伸出至极限位置的方式可使得位置的控制更加精准；

S3：控制第二气缸的第二活塞杆伸出至极限位置而实现第二挤压块7对第一挤压块5的挤压，且切断第二气缸的回气管路和进气管路以维持第二气缸有杆腔和无杆腔内的气压，此时，第一挤压块5受到的来自第二挤压块7的挤压力大于来自第一活塞杆的挤压力，而使得第一活塞杆回缩设定距离；在此过程中，参考图4，同样地通过第二活塞杆伸出至极限位置的方式可降低位置控制的难度，同时通过挤压力的控制可使得第一活塞杆适当回缩，在此瞬间回缩的过程中，会使得多股线体2发生瞬间抖动，此种抖动会使得相互之间的密实程度得到有效的提升，从而使得线体2排列的更加有序；

S4：启动竖直动力9，使得竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对限位块4和线体2的挤压。参考图5，从而可实现抖动后线体2的挤压固定。

作为上述实施例的优选，如图11所示，竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对限位块4和线体2的挤压后，还包括以下步骤：

S5：切断与竖直气缸的无杆腔联通的进气管路，以及控制竖直气缸的有杆腔压力为大气压，关闭与有杆腔联通的回气管路；此处的大气压可以是因独立的泄压步骤而实现的，或者直接在竖直气缸执行动力输出过程中而获得；当然，若因独立的泄压步骤而实现，会使得竖直气缸的活塞在泄压过程中而受到的向上的推力减小，因此第二挤压块7可能会发生适当的下移趋势，此种移动趋势对于本发明是有利的，因为可对多股线体2进行冲击而排列的更加紧密；

S6：联通外置管路10，使得竖直气缸的有杆腔压力和第二气缸的无杆腔压力相等；在此过程中，由于竖直气缸的有杆腔压力为大气压，而第二气缸的无杆腔为相对高压，因此第二气缸的无杆腔会产生适当的泄压过程而使得压力降低，因此会使得第二挤压块7发生适当的回缩，而使得第一挤压块5朝向挤压方向适当位移；而在此过程中，会使得竖直气缸的活塞在增压过程中而受到的向上的推力增大，因此第二挤压块7会发生上移的趋势，在此过程中，线体2的排列高度增大，而宽度变窄，从而重新获得排列；在上述过程中，各个气缸的回气管路和进气管路均切断，在外置管路10联通的瞬间多股线体2的重新排列瞬时且相对柔和的发生，对于各股线体2间间隙的致密性和规律性排列是极为有利的；

S7：再次对竖直气缸的无杆腔进行增压，至竖直气缸和第二气缸的活塞杆均伸出至极限位置。两气缸极限位置的到达通过竖直气缸无杆腔一处的压力控制而实现，极限位置的要求使得无杆腔的压力控制精度要求降低，在瞬间增压的过程中，第二挤压块7水平和竖直均会瞬间产生位移而再次对多股线体2进行挤压，从而获得最佳的排列状态，随后可启动电源，执行超声波焊接过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，包括:

超声波焊头，将高频振动波传递至需要进行连接的若干股线体被压紧的第一区域，以及，在所述第一区域对各股线体底部提供支撑；

限位块，设置于所述超声波焊头一侧，提供对所述线体进行限制的竖直侧壁，且在竖直方向上活动设置；

第一挤压块，与所述限位块相对设置，以及与所述超声波焊头顶部贴合，第一挤压块与第一水平动力连接，对各股线体的第一区域提供水平挤压力；

第二挤压块，与第二水平动力连接，对由所述超声波焊头、限位块和第一挤压块所围成的槽体顶部进行水平方向的封闭或敞开，所述封闭以与所述第一挤压块相抵而实现；

还包括竖直动力，在所述第二挤压块完成对所述槽体的封闭后，为所述第二挤压块提供向下运动的动力，对各股线体的第一区域提供竖直挤压力。

2.根据权利要求1所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述第一水平动力、第二水平动力和竖直动力分别为包括有杆腔和无杆腔的第一气缸、第二气缸和竖直气缸；

其中，所述第二气缸的无杆腔与所述竖直气缸有杆腔通过外置管路联通。

3.根据权利要求1所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述限位块的底部设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧对所述限位块进行弹性支撑。

4.根据权利要求2所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述竖直气缸的缸体固定设置，所述竖直气缸的活塞杆端部成自由状态；

所述第二气缸的缸体与纵向导向结构连接，所述第二挤压块在水平运动前后始终与所述限位块顶部贴合。

5.根据权利要求2所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述竖直气缸的活塞杆端部与所述第二气缸的缸体固定连接，所述第二挤压块在水平运动前后始终与所述限位块顶部贴合。

6.根据权利要求1~5任一项所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述第一挤压块包括：

连接板，与所述第一水平动力固定连接；

施压板，与所述连接板在水平方向上并列设置，且二者之间形成纵向的间隙；

第一弹性体，设置于所述间隙内，相对于所述连接板对所述施压板进行弹性支撑；

导向杆，与所述施压板固定连接，且贴合贯穿位于所述连接板上的贯通孔；

复位弹簧，成挤压状态套设于所述导向杆位于所述连接板一侧的末端，对所述导向杆施加拉动所述施压板向所述连接板靠近的力。

7.根据权利要求6所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述第一弹性体为碟簧。

8.根据权利要求1~5任一项所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备，其特征在于，所述第一挤压块包括：

连接板，与所述第一水平动力固定连接；

施压板，顶部与所述连接板顶部弹性转动连接，且在自然状态下与所述连接板成设定夹角设置。

9.一种如权利要求2中所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

切断所述外置管路；

控制所述第一气缸的第一活塞杆伸出至极限位置而实现对线体的水平挤压，且切断第一气缸的回气管路和进气管路以维持所述第一气缸有杆腔和无杆腔内的气压；

控制所述第二气缸的第二活塞杆伸出至极限位置而实现第二挤压块对第一挤压块的挤压，且切断第二气缸的回气管路和进气管路以维持所述第二气缸有杆腔和无杆腔内的气压，此时，所述第一挤压块受到的来自所述第二挤压块的挤压力大于来自所述第一活塞杆的挤压力，而使得所述第一活塞杆回缩设定距离；

启动竖直动力，使得所述竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对所述限位块和线体的挤压。

10.一种如权利要求9所述的用于多股线体径向冷态连接的焊接设备的控制方法，其特征在于，所述竖直气缸的第三活塞杆伸出至极限位置而实现对所述限位块和线体的挤压后，还包括以下步骤：

切断与所述竖直气缸的无杆腔联通的进气管路，以及控制所述竖直气缸的有杆腔压力为大气压，关闭与所述有杆腔联通的回气管路；

联通所述外置管路，使得所述竖直气缸的有杆腔压力和第二气缸的无杆腔压力相等；

再次对所述竖直气缸的无杆腔进行增压，至所述竖直气缸和第二气缸的活塞杆均伸出至极限位置。

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